Модернизация электрооборудования и схемы управления токарно-винторезного станка

1 Технологическая часть

1.1 Назначение и технические данные станка

1.2 Устройство и взаимодействие узлов станка

1.3 Расчет технологических мощностей

2 Электротехническая часть

2.1 Схема управления и её элементы до модернизации

2.2 Анализ системы электропривода и схемы управления

2.3 Предложения по модернизации

2.4 Выбор электродвигателей

2.5 Разработка схемы управления и описание её работы

2.6 Выбор элементов схемы

2.7 Выбор защитной аппаратуры и питающих проводов

3 Экономическая часть

3.1 Обоснование модернизации ЭО и автоматики станка

4 Эксплуатация электрооборудования станка

4.1 Техническое обслуживание электрооборудования

4.2 Мероприятия по экономии электроэнергии

5 Охрана труда

5.1 Техника безопасности при эксплуатации электрооборудования

5.2 Борьба с шумами и вибрацией

5.3 Противопожарные мероприятия Литература

На электромашиностроительных заводах механическая обработка занимает значительное место в общем процессе изготовления электрической машины в условиях крупносерийного и массового производства.

Металлорежущие станки являются распространенными производственными машинами, предназначенными для механической обработки заготовок из металла режущими инструментами. Путем снятия стружки заготовке предаются требуемая форма, размеры и чистота поверхности.

Станки токарной группы относятся к наиболее распространенным металлорежущим станкам и широко применяются на промышленных предприятиях, в ремонтных мастерских и т. д. В группу токарных станков входят: универсальные токарные, токарновинторезные, револьверные, токарнолобовые, карусельные, токарнокопировальные станки, токарные автоматы и полуавтоматы.

По размерам токарные станки бывают настольными, средними станками нормальных размеров и уникальными.

По точности и чистоте обработки они разделяются на станки для грубой обработки, станки нормальной и повышенной точности.

Общим для всех токарных станков является то, что деталь приводится во вращение — это движение называется главным, а инструмент (резец) перемещают вдоль заданного контура обработки это движение называется подачей.

Все большее распространение получают новейшие средства электрической автоматизации технологических установок, машин и механизмов на базе полупроводниковой техники, высокочувствительной регулирующей и контрольно-измерительной аппаратуры. Это объясняет необходимость модернизации электрооборудования станков, так как модернизировать станок намного дешевле чем покупать и устанавливать новые.

В дипломном проекте произведена модернизация электрооборудования и схемы управления токарно-винторезного станка модели 16 Б 16 П.

Целью модернизации является:

увеличение надежности;

увеличение быстродействия;

увеличение экономичности;

увеличение безопасности.

1 Технологическая часть

1.1 Назначение и технические данные станка

Станок 16Б16П предназначен для выполнения разнообразных токарных работ, а также, для нарезания резьб: метрической, дюймовой, модульной и питчевой.

Основные технические данные и характеристики станка сводим в таблицу 1.

Таблица 1

1.2 Устройство и взаимодействие узлов станка

Общий вид с обозначением узлов станка 16Б16П изображен на листе1 графической части дипломного проекта.

Станина литая чугунная, коробчатой формы с поперечными П-образными ребрами, имеет две призматические и две плоские направляющие. Направляющие подвергнуты термообработке с последующей шлифовкой. Станина устанавливается на одной тумбе .В нише правого торца станины размещен двигатель ускоренных ходов каретки.

На задней стенке у левого торца тумбы смонтирована коробка скоростей, у правого — станция смазки, а внутри тумбы расположен электродвигатель главного привода. В нише правого торца тумбы расположен бачок для охлаждающей жидкости и насос системы охлаждения.

Коробка скоростей на 6 ступеней монтируется в отдельном корпусе и крепится к задней наружной стенке левого торца тумбы.

Для натяжения ремня идущего от коробки к шпинделю, она может перемещаться в вертикальной плоскости с помощью натяжного винта.

Механизм коробки скоростей приводится в движение от 2х скоростного электродвигателя через зубчатую ременную передачу.

Все шестерни коробки скоростей изготовлены из легированных сталей и подвергнуты термической обработке с последующей шлифовкой зубьев.

Смазка электромагнитных муфт, шестерен и подшипников коробки скоростей осуществляется от насоса смазки через систему смазки.

Механизм передней бабки получает движение от коробки скоростей через зубчатый ремень и разгруженный приемный шкив.

Коробка передач служит для передачи движения от выходного вала передней бабки к приводному валу коробки подач. Ограждение коробки передач снабжено электрической блокировкой, исключающей случайное включение станка при открытом кожухе ограждения.

Коробка подач получает движение от выходного вала передней бабки через сменные зубчатые колеса коробки передач.

Для осуществления быстрых перемещений суппорта в коробке подач смонтирована обгонная муфта, назначение которой отключить коробку подач при быстром обратном ходе суппорта.

Фартук имеет четыре пары кулачковых муфт, которые позволяют осуществлять прямой и обратный ход каретки и суппорта.

Фартук имеет блокирующее устройство, препятствующее одновременному включению продольной и поперечной подачи суппорта и маточной гайки станка.

Смазка фартука, направляющих станины и каретки производится плунжерным насосом, встроенным в крышку фартука.

Каретка и поперечная ползушка суппорта имеют ограничение хода в обе стороны, предусмотренные для избежания поломок станка, так как при перемещении суппорта до упора срабатывает механизм отключения фартука. Задняя бабка крепится к станине через систему рычагов и эксцентрик.

Устройство для защиты от стружки состоит из узлов ограждения суппорта и ограждения станка. Ограждение суппорта, имеющее откидной прозрачный экран, крепится на каретке и перемещается вместе с ней, защищая рабочего от стружки. Предусмотрена регулировка установки экрана по высоте.

Назначение узла ограждения станка, состоящего из щитка, подвешенного сзади суппорта, защитить окружающее станок пространство от разлетающейся стружки.

Упор ограничения продольного перемещения каретки устанавливается на передней полке станины, крепится с помощью винтов и прижимной планки.

1.3 Расчет технологических мощностей

Расчёт мощности резания токарно-винторезного станка модели 16Б16П производим для режима резания точения.

Задаёмся материалом обрабатываемого изделия — сталь углеродистая, материалом инструмента — сталь быстрорежущая.

Определяем мощность резания P_z, кВт, по формуле:

P_z= V_z F_z /1020 60, (1)

где V_z — линейная скорость резанья, м/мин.

F_z — усилие резанья, Н;

V_z =(С_v /T^m t^x S^y) К_v, (2)

где С_v коэффициент, учитывающий материал обрабатываемого изделия, инструмента и вид обработки, принимаем по () С_v=300;

Т стойкость резца, мин., принимаем по () Т=30 мин;

S подача, мм/об, принимаем по паспорту

S=2 мм/об.;

m, х, упоказатели степени, зависящие от свойств обрабатываемого материала, инструмента и вида обработки, принимаем по () m=0,2; .х=0,15; у=0,35;

К_у поправочный коэффициент, учитывающий действительные условия резания.

К_у = К_mv Кnv Киv, (3)

где К_mv коэффициент, учитывающий качество обработки материала;

Кnvкоэффициент, учитывающий состояние обрабатываемой поверхности, определяем по () Кnv=1;

Киvкоэффициент, учитывающий качество материала инструмента, принимаем по () Киv=1.

К_mv= Кr (750 / в)ⁿ, (4)

где Кrкоэффициент характеризующий группу стали по обрабатываемости, принимаем по () Кr=1;

в — фактические параметры, характеризующие обрабатываемый материал, МПа, принимаем по () в =500 МПа;

n_у — показатель степени обработки инструментом, принимаем по () n_у=1.

К_mv= 1 (750 / 300) ¹ = 0,4

К_у = 0,4 1 1 = 0,4

V_z =(300 /30^0,2 5^0,15 2^0,35) 0,4=37,4 м/мин Определяем усилие резания F_z, H, по формуле:

F_z=10 С_f t^x S^y V_zⁿ К_р (5)

где С_f -коэффициент, учитывающий свойства обрабатываемого материала, инструмента и вид обработки, выбираем по () C _f = 150;

К_р коэффициент, учитывающий действительные условия резания, принимаем по () К_р =1;

х, у, n показатели степени, зависящие от свойств обрабатываемого материала, инструмента и вида обработки, принимаем по () х=1; у=0,75; n= 0,15;

F_z=10 150 5¹ 2^0.75 37.4^0.15 1= 7326Н По формуле (1) определяем мощность резания:

Р_z=7326 37.4 / 1020 60 = 4.47 кВт Производим расчет мощности насоса охлаждения Р_{насоса,} кВт, по формуле:

=K₃ (p g Q (H_c+ H)/ _ном) 10³, (6)

где р — плотность перекачиваемой жидкости, кг/м³, принимаем р=1000 кг/м^3;

g ускорение свободного падения, м/с^2, g=9,81 м/с²;

Q производительност, м³/с, по паспарту станка

Q=0,32 м³/с;

Н_сстатический напор, м, принимаем равным высоте станка, Нс=1,505 м;

Н потеря напора, м, принимаем по паспорту Н=0,5Н_c, Н=0,75 м;

К_з коэффициент запаса, принимаем по () Kз=l, 2;

_ном номинальный КПД станка, принимаем по _ном =0,7.

Р_насоса =1,2 (1000 9,81 0,32 (1_,505+0,75)/0,7) 10³=0,012кВт Мощность на валу двигателя станции смазки Р_дв1, кВт, определяем по формуле:

Р_дв1 = K₃ Q H 10³ / _нас (7)

где Q — производительность насоса, м³ /с;

Н — давление масла в гидросистеме, Н/м²;

К_з -коэффициент запаса, о.е.

_нас— коэффициент полезного действия насоса, о.е.

По () принимаем Кз = 1,2, _нас = 0,8 Q=0.0004 м³ /с, Н = 196 200Н/м²

Р_дв1 = 1,2 0,0004 196 200 10³/0,8 = 0,11 кВт Мощность привода быстрого хода принимаем из паспорта станка, Р_дв2 =0,37 кВт.

2 Электротехническая часть

2.1 Схема управления и ее элементы до модернизации

Технические данные элементов схемы сводим в таблицу 2

Таблица 2

2.2 Анализ системы электропривода и схемы управления

Электропривод токарно-винторезного станка 16Б16П питается от сети переменного напряжения 380 В.

Напряжение цепи управления 110 В переменного тока, напряжение цепи управления электромагнитными муфтами 24 В постоянного тока. Напряжение цепи местного освещения 24 В переменного тока, цепи сигнализации 29 В переменного тока.

Электропривод станка состоит из четырех трехфазных асинхронных электродвигателей:

привода шпинделя типа 4АМI32М8/4У3 мощностью 5 кВт, n=1500 об/мин, U=380 В;

привода быстрых перемещений каретки и суппорта типа ДПТП224СIУ3 мощностью 0,37 кВт, n=1500 об/мин, U=380 В;

привода насоса охлаждающей жидкости типа X1422МУХЛ4 мощностью 0,12 кВт, n=3000 об/мин, U=380 В;

привода насоса смазки, в комплекте со станцией смазки С4814 мощностью 0,12 кВт, n=3000 об/мин, U=380 В;

Электродвигатели установленные на станке имеют низкий коэффициент полезного действия, и создают много шума в работе.

Коробка скоростей главного привода станка имеет две электромагнитные муфты, посредствам которых осуществляется пуск и торможение шпинделя станка.

Органы управления станком сосредоточены в шкафу управления.

На станке размешается пульт управления. На нем находятся следующие кнопки:

рукоятка включения электрооборудования станка в сеть;

рукоятка включения насоса охлаждения;

рукоятка переключения скорости главного электродвигателя;

кнопка включения ускоренных ходов каретки и суппорта;

рукоятка пуска станка и реверсирования шпинделя;

кнопка аварийная;

кнопка пуска главного электродвигателя;

Также на пульте управления находится сигнальная лампа HL2, сигнализирующая наличие питания сети и HL1, сигнализирующая наличие питания трансформатора.

Установленные автоматические выключатели устарели и не отвечают требованиям безопасности. Они нуждаются в замене на более современные с лучшими характеристиками.

Необходимая скорость вращения двигателя М1 главного привода задается установкой переключателя S1 в положение 1 -первая, малая скорость, или в положение 2 -вторая скорость.

Установкой рукоятки вводного выключателя F1 в положение 1 электрооборудование станка подключается к питающей сети и включается сигнальная лампа НL1.

При воздействии на кнопку управления S7 включается реле К2, К3, КТ и магнитные пускатели К1, К7. Магнитный пускатель К7 включает электродвигатель М1 главного привода, а магнитный пускатель К1 -электродвигатель М4 станции смазки.

После запуска электродвигателя М1 могут быть включены: переключателем S11 -магнитный пускатель К10 электронасоса охлаждения М3, а рукояткой управления, левой или правойшпиндель станка. Перемещение каретки может происходить независимо от запуска электродвигателя М1; кнопкой управления S10 включается магнитный пускатель К9 электродвигателя М2 быстрых перемещений каретки и суппорта.

Работа одновременно двумя рукоятками управления, например, включение шпинделя правой рукояткой, а отключение левойневозможно.

Если одной из рукояток шпиндель включенвторая рукоятка никакого действия на работу привода не оказывает, так как, если работает правой рукояткой, реле К2 оказывается отключенным, а при работе левой рукоятки отключается реле К3. Но, если обе рукоятки находятся в нейтральном положении и реле К2 и К3 включены, то начинать работу можно любой рукояткой управления.

Для останова шпинделя рукоятку управления следует перевести из положения 3 в положение 2 «Шпиндель стоп».При этом контакты переключателя s9 в цепях 3 и 5 замыкаются и включается реле КЗ, а контакт в цепи 9 размыкается и отключает реле К4 и через него К6. Контакт К6 в цепи 25 отключает электромагнитную муфту Y1, а в цепи 27 включает электромагнитную муфту Y2. Шпиндель тормозится и останавливается, но электродвигатель М1 продолжает вращаться в прямом направлении. После останова шпинделя реле К11 отключается и отключает электромагнитную муфту Y2.

При торможении реле К11 включается и отключается с помощью модуля времени АТ. Время торможения шпинделя задается в пределах 2…3 секунды и регулируется потенциометром модуля времени АТ1.

Чтобы включить обратный ход шпинделя «Шпиндель назад «, рукоятку управления следует перевести из положения 2 «Шпиндель стоп «в положение 1 «Шпиндель назад». При этом контакты переключателя S9 В цепях 3 и 5 размыкаются и реле КЗ отключается, а контакт S9 в цепи 10 замыкается и включает реле К5.

При включении реле контакт К5 в цепи 13 размыкается и отключает магнитный пускатель К7 хода вперед электродвигателя М1 главного привода, контакт К5 в цепи 15 замыкается, включает магнитный пускатель К8 хода назад, и электродвигатель М1 начинает вращаться в обратном направлении. Другой контакт реле К5 в цепи 12 включит реле К6.

Контакт К6 в цепи 25 замыкается, включает электромагнитную муфту Y1, и шпиндель станка начинает вращаться в обратном направлении.

Для останова шпинделя рукоятку управления из положения 1 следует перевести в положение 2 «Шпиндель стоп». При этом контакты переключателя S9 В цепях 3 и 5 замыкается и включается реле КЗ, контакт S9 цепи 10 размыкается и отключается реле К5. Обесточенное реле К6отключает электромагнитную муфту Y1 и включает электромагнитную муфту Y2. При отключении реле К5 магнитный пускатель К8 остается включенным и двигатель М1 продолжает вращаться в обратном направлении.

При управлении шпинделем станка правой рукояткой управления команда"Шпиндель вперед" или «Шпиндель назад» подается переключателем S8. При подаче этих команд переключателем S8 реле К2 отключается, а реле К3 остается включенным. В остальном действие электросхемы аналогично действию при управлении шпинделем станка левой рукояткой управления.

Релейноконтакторная схема используемая для управления станком 16Б16П обладает следующими недостатками:

низкая надежность;

большая потребляемая мощность;

большие габариты схемы;

затраты энергии на срабатывание;

при длительном хранении катушки реле стареют.

Используемое напряжение 110 В, для цепи управления не отвечает нынешним требованиям ГОСТа и является опасным для работающих на станке.

Контакты реле и пускателей изнашиваются, в них возникает искрение, что может привести к возникновению пожара.

Тепловые реле используемые для защиты электродвигателей от перегрузки устарели и не могут обеспечить надежную защиту.

Понижающий трансформатор используемый для питания цепей управления и местного освещения уже устарел, нуждается в замене .Он потребляет большую мощность при низком коэффициенте полезного действия.

В связи с указанными недостатками возникает необходимость модернизации станка 16Б16П.

2.3 Предложения по модернизации

Схему управления станком 16Б16П переводим на постоянное напряжение 24 В, которое является безопасным для обслуживающего персонала и повышает надежность работы схемы. Для питания местного освещения используем источник питания с напряжением 24 В переменного тока. Силовая цепь питается напряжением 380 В, частотой 50Гц;

Производим замену устаревших типов электродвигателей на современные серии АИР и RA. В них применены высокопрочные алюминиевые сплавы и пластмассы, использована более совершенная система вентиляции, обеспечивающая снижение температуры нагрева двигателей. Также применены подшипники с улучшенными виброакустическими характеристиками, что позволит снизить уровень шума при работе электродвигателя и повысить надежность;

Применяем современные конструкции аппаратов управления и защиты. Они обладают более высокой надежностью, меньшим шумом в работе и меньшими габаритами и массой;

В данной схеме применяется большое коли чество магнитных пускателей, что делает схему энергоемкой, а также приводит к большому коли честву переключений, изза чего снижается надеж ность схемы. Поэтому магнитные пускатели заменяем тиристорными, с управлением на герконовых реле. Двигатель быстрых перемещений суппорта, а также двигателя насоса охлаждения и насоса смазки включаем с помощью герсиконового контактора. Герконовые реле и герсиконовые контакторы имеют гермитичные магнитоуправляемые контакты, находящиеся в среде защитного газа. В результате их контактная система имеет повышенную износостойкость и надежность контактирования. Контакты не окисляются, не загрязняются и не требуют постоянного ухода и обслуживания;

Производим замену плавких предохранителей в силовой цепи на автоматические выключатели, которые обладают более высокой надежностью и быстродействием;

Защиту цепей управления и местного освещения осуществляем при помощи предохранителей.

2.4 Выбор электродвигателей

Электродвигатели выбирают по следующим условиям:

по роду тока и величине напряжения;

по конструктивному исполнению;

по степени защиты от воздействия окружающей среды;

по частоте вращения ротора;

по мощности.

Покажем выбор электродвигателя для главного привода. Выбор осуществляем по условиям:

n_ном n_мех ()

Р_ном Р_z / ()

где n_ном — номинальная частота вращения электро двигателя, об/мин;

n_мех — частота вращения входного вала механизма, об/мин;

Р_ном -номинальная мощность электродвигателя, кВт;

коэффициент полезного действия станка, по паспорту принимаем =0,9.

По условиям () и () имеем:

n_ном 1500 об/мин Р_ном 4,47/0,9 = 4,97 кВт По () выбираем электродвигатель марки АИР112М4 с Р_ном =5,5 кВт, _ном= 85,5%, n_ном= 1500 об/мин, cos =0,86, I_п/I_ном=7,0.

Выбор электродвигателей М2М4 аналогичен. Данные выбора заносим в таблицу 3.

Номинальный ток электродвигателя I_ном, А, определяем по формуле:

I_ном = Р_ном / (3 U_{c ном} cos _ном), ()

где U_c -номинальное напряжение сети, кВ;

_ном— коэффициент полезного действия электро двигателя, о.е.;

cos _ном -номинальный коэффициент мощности, о.е.

Пусковой ток электродвигателя I_п, А, определяем по формуле:

I_п = I_ном I_п/I_ном, ()

где I_п/I_ном -кратность пускового тока, о.е.

Для электродвигателя М1 по формулам () и () имеем:

I_ном = 5,5 /(3 0,38 0,855 0,86) =11,3 А

I_п =11,3 7 =79,1 А Расчет номинальных и пусковых токов остальных электродвигателей аналогичен. Данные заносим в таблицу 3.

Таблица 3

2.5 Разработка схемы управления и описание ее работы

Разработку схемы управления токарновинторезного станка модели 16Б16П ведем согласно с предложениями по модернизации. Схема электрическая принципиальная после модернизации представлена на листе2 графической части проекта.

Перед началом работы станка необходимо электрическую часть подключить к цеховой сети посредствам автоматического выключателя QF2, при этом загорается сигнальная лампа HL1.

Необходимая скорость вращения электродвигателя М1, задается установкой переключателя SА1 в положение 1 -первая, малая скорость, или в положение 2 -вторая скорость.

При воздействии на кнопку управления SВ2 включаются герконовые реле КV7, КV8, КV3 и герсиконовый контактор КМ3. Герконовое реле КV3 включает электродвигатель М1 главного привода замыкая свои контакты КV3.1КV3.3 в цепи тиристорного пускателя.

Рассмотрим работу тиристорного блока на примере фазы, А. В момент похождения положительной полуволны напряжения на фазе А, происходит открытие тиристора VS1 (так как положительная полуволна является прямой для VS1) и закрытие тиристора VS2 (так как положительная полуволна является обратной для VS2). Формируется открывающий импульс тока в цепи управления тиристора VS1. Открывающий импульс на управляющий электрод тиристора VS1 подается по цепи: фаза А, диод VD1, токоограничивающий резистор R1, Замыкающий контакт KV2.1, управляющий электрод тиристора VS1, катод тиристора VS1. Тиристор VS1 открывается и на фазе, А двигателя М1 появляется напряжение. Ток на обмотку статора двигателя поступает по цепи: фаза А, тиристор VS1, обмотка статора двигателя М1, тиристор VS4 — фаза В или тиристор VS6 — фаза С. В следующий полупериод прохождения отрицацельной полуволны напряжение в фазе, А происходит закрытие тиристора VS1, и открытия тиристора VS2. Открывающий импульс на управляющий электрод тиристора VS2 поступает по цепи: другая фаза (на которой сейчас положительная полуволна), обмотка статора двигателя М1, диод VD2, замыкающий контакт KV2.1, токоограничивающий резистор R1, управляющий электрод тиристора VS2. Тиристор VS2 открывается и на обмотке двигателя появляется напряжение. В остальных фазах работа тиристорных блоков аналогична.

Герсиконовый контактор КМ3, замкнув свой контакт КМ3.1 включает электродвигатель М4 станции смазки.

После запуска электродвигателя М1 могут быть включены: переключателем SA3 -герсиконовый контактор КМ2 электронасоса охлаждения М3.

Нажатием кнопки управления SB3 включается герсиконовый контактор КМ1 электродвигателя быстрых перемещений каретки и суппорта М3.

Работа одновременно двумя перключателями управления, например, включение шпинделя переключателем SA4, а отключение переключателем SA5 -невозможно.

Если одним из переключателей шпиндель включенвторой переключатель никакого действия на работу привода не оказывает, так как, если работает переключатель SA4, герконовое реле КV7 оказывается отключенным, а при работе переключателем SA5 отключается герконовое реле КV8. Но, если оба перключателя находятся в нейтральном положении и герконовые реле КV7 и КV8 включены, то начинать работу можно любым переключателем управления.

Чтобы включить рабочий ход шпинделя переключателем SA4, его нужно перевести из положения 2 «Шпиндель стоп «в положение 3 «Шпиндель вперед ». При этом герконовое реле KV7 отключается, а герконовое реле KV6 включается и замкнув свой контакт KV6.2 включает герконовое реле KV4.

Герконовое реле замкнув свой контакт KV4.2 включает электромагнитную муфту YC1 и шпиндель начинает вращаться.

Для остановки шпинделя переключатель управления SA4 следует перевести из положения 3 в положение 2 «Шпиндель стоп».При этом переключатель SA4 включает герконовое реле КV7 и отключает герконовое реле КV6, а через него отключают герконовое реле KV4. Герконового реле KV4 размыкает свой контакт KV4.2 и отключает электромагнитную муфту YС1, и замыкая свои контакты KV4.1 и KV4.3 включает электромагнитную муфту YС2. Шпиндель тормозится и останавливается, но электродвигатель М1 продолжает вращаться в прямом направлении. После остановки шпинделя герконовое реле КV1 отключается и разомкнув свой контакт KV1.1 отключает электромагнитную муфту YС2.

При торможении герконовое реле КV1 включается и отключается с помощью модуля времени KT1. Время торможения шпинделя задается в пределах 2…3 секунды.

Чтобы включить обратный ход шпинделя «Шпиндель назад «, переключатель управления SA4 следует перевести из положения 2 «Шпиндель стоп «в положение 1 «Шпиндель назад». Переключатель SА4 отключает герконовое реле КV7 и включает герконовое реле КV5.

При включении герконового реле KV5 размыкается его контакт KV5.2 и отключает герконовое реле КV3 хода вперед электродвигателя М1 главного привода. Контакт КV5.1 замыкается и включает герконовое реле КV2 хода назад, каторое, замкнув свои контакты КV2.1КV2.3 осуществит запуск электродвигателя М1 в обратном направлении. Контакт реле КV5.3 замыкается и включает герконовое реле КV4.

Контакт КV4.1 замыкается и включает электромагнитную муфту YС1, и шпиндель станка начинает вращаться в обратном направлении.

Для остановки шпинделя переключатель управления SA4 из положения 1 следует перевести в положение 2 «Шпиндель стоп». При этом контакты переключателя включают герконовое реле КV7 и отключают реле КV5. Обесточенное реле КV4 отключает электромагнитную муфту YC1 и включает электромагнитную муфту YC2. При отключении реле КV5 магнитный пускатель КV2 остается включенным и двигатель М1 продолжает вращаться в обратном направлении.

При управлении шпинделем станка переключателем управления SA5 при подаче команд «Шпиндель вперед» или «Шпиндель назад» происходит включение герконового реле КV7 и отключение герконового реле КV8. В остальном действие электросхемы аналогично действию при управлении шпинделем станка левой рукояткой управления.

Отключение станка осуществляется переводом рукоятки выключателя QF2 в положение «Отключено «

На станке имеется амперметр А1, измеряющий нагрузку главного электродвигателя М1.

Защита от токов короткого замыкания осуществляется с помощью плавких предохранителей FU1FU3 и автоматических выключателей QF2, QF3.

Защита электродвигателей от перегрузок осуществляется тепловыми реле КК1КК3.

2.6 Выбор элементов схемы

Выбор силовых тиристоров производим по следующим условиям:

по току тиристора:

I_ном.т (0,5 I_maxкр)/(2 К_о К_о К К_ф); (12)

по обратному напряжению тиристора:

U_{обр.ном.т} 1,1 2 U_с, (13)

где I_ном.т -номинальный ток тиристора, А;

I_maxкр максимальный возможный ток через тиристор, А;

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

К_о коэффициент учитывающий загрузку тиристора в зависимости от температуры окружающей среды, К_о =1;

К коэффициент учитывающий угол проводимости Тиристора К =1;

К_ф коэффициен учитывающий форму тиристора, К_ф=1,1;

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

Произведем выбор тиристоров VS1VS10 в цепи питания двигателя главного движения М1.

Максимальный кратковременный ток через тиристор в нашем случае принимаем равным пусковому току двигателя М1.

По условиям (12) и (13) получим:

I_ном.т (0,5 79,1)/(2 0,5 1 1 1,1) =35,9 А

U_{обр.ном.т} 1,1 2 380 =591,1 В Так как в схеме не предусмотрена защита от перенапряжений с помощью RC цепочек, то выбираем тиристоры по напряжению на два класса выше, чем получилось по расчету.

По () выбираем тиристоры VS1VS10 класса Т122 206 с I_ном.т=40А, U_{обр.ном.т}=800 В, I_упр.т=0,18А, U_упр.т=4B.

Выбор диодов для тиристорного пускателя производим по следующим условиям:

U_обр 2 U_с, (14)

I_пр.доп I_упр.т, (15)

где U_обр обратное допустимое напряжение диода, В;

I_пр.доп допустимый прямой ток диода, А.

Произведем выбор диодов VD1VD10 для тиристорного пускателя в цепи двигателя главного движения М1.

По условию (14) и (15) получим:

U_обр 2 380 = 537,4 В

I_пр.доп 0,18 А По () выбираем диоды VD1VD10 марки КД105 В с I_пр.доп=0,3 А, U_обр=600 В.

Выбор резисторов для тиристорного пускателя производим по следующим условиям:

R_p (0,05 U_max U_упр.т) / (1,1 I_упр.т); (16)

Р_рас. I_упр.т. R_p, (17)

где R_p активное сопротивление резистора, Ом;

U_max максимальное значение напряжения сети, В;

P_рас мощность рассеивания резистора, Bт.

Максимальное напряжение сети определяем по формуле:

U_max 2 U_с (18)

U_max 2 380 =537,4

Произведем выбор резисторов R1R5 для тиристорного пускателя в цепи двигателя главного движения М1.

По условию (16) и (17) получим:

R_p (0,05 537,4 4) / (1,1 0,18) = 115,5 Ом Р_рас. 0,18_. 115,5 =3,74 Вт По () выбираем резисторы R1R6 марки С535 В с Р=7,5Вт, R=120 Ом.

Выбор герсиконовых контакторов производим по условиям:

U_ном.к.к U_ц.у.; (19)

I_{ном.кон.} I_дл.к.ц., (20)

где U_ном.к.к номинальное напряжение катушки контак тора, В;

U _ц.у. напряжение цепи управления, В;

I _{ном.кон.} номинальный ток контактов контактора, А;

I _дл.к.ц. длительный ток коммутируемой цепи, А.

Произведем выбор герсиконового контактора КМ1. В данном случае I _дл.к.ц. будет равен номинальному току двигателя М2.

По условиям (19) и (20) получим:

U _ном.к.к 24 В

I _{ном.кон.} 0,9 А По ()выбираем герсиконовый контактор КМ1 марки КМГ18 193 000У.2.04 с U_ном.к.к=24B,_.I_{ном.кон.} =6,3 A, P_потр=4 Вт.

Выбор оставшихся герсиконовых контакторов аналогичен, данные выбора заносим в таблицу 4.

Таблица 4

Выбор промежуточных герконовых реле для управления тиристорами производим по условиям:

по напряжению:

U _ном.к.р U _ц.у.; (21)

по току контактов реле:

I _{ном.кон.р} I _дл.к.ц; (22)

по количеству и виду (замыкающие, размыкающие) контактов.

где U _ном.к.р номинальное напряжение катушки реле, В;

I _{ном.кон.р} номинальный ток контактов реле, А.

Произведем выбор герконового реле KV2 .В данном случае I_дл.к.ц равен току управления тиристорами.

По условиям (14) и (15) получим:

U _ном.к.р 24 В

I _{ном.кон.р} 0,18 А требуется три замыкающихся и один размыкающий контакт.

По () выбираем герконовое реле KV2 состоящее из двух: реле марки РПГ10 421 с числом замыкающихся контактовчетыре, Р_потр=1,5 Вт, I _{ном.кон.р} =1A, U _ном.к.р= 24 В и реле марки РПГ110 222 с числом размыкающихся контактовдва, Р_потр=1,4 Вт, I _{ном.кон.р} =1A, U _ном.к.р= 24 В.

Выбор оставшихся герконовых реле аналогичен, данные выбора заносим в таблицу 5.

Таблица 5

Выбор реле времени КТ производим по условиям (21), (22) и по величине выдержки времени:

t_уст. t _расч., (23)

где t_уст время установки реле времени, с;

t_расч расчетная величина выдержки времени, с, из паспортных данных t _расч =23 сек.

Длительный ток коммутируемой цепи I _дл.к.ц., A, определяем по формуле:

I _дл.к.ц=Р_потр / U _ц.у., (24)

где Р_потр мощность потребителя коммутируемого контактами реле, Вт.

Контакт реле времени коммутирует цепь герконового реле KV1. Соответственно I _дл.к.ц по формуле (24) будет равен:

I _дл.к.ц=(1,4 + 0,4) / 24 =0,08 А

По условиям (21), (22) и (23) получим:

U _{ном.к.р.} 24 В

I _{ном.кон.р.} 0,08 А

t _расч 2 сек По () выбираем реле времени КТ марки ВЛ26У4 с U _ном.к.р =24 В, I _{ном.кон.р} =1 А, Р_потр =16Вт, t_уст =1300 с.

Выбор лампы местного освещения производится по следующим условиям:

по мощности;

по номинальному напряжению:

U _{ном.л.м.о.} U _ц.м.о.; (25)

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

U _ц.м.о напряжение цепи местного освещения, В.

U _{ном.л.м.о.} 24 В По () выбираем лампу местного освещения ЕL типа МО2425 с U_{ном.л.м.о}=24 В, Р_потр=2,5Вт.

Выбор сигнальной лампы HL2 производим по условиям:

по конструктивному исполнению;

по номинальному напряжению:

U _{ном.с.л.} U _ц.с., (26)

где U _ном.с.л -номинальное напряжение сигнальной лампы, В.

U _ц.с -напряжение цепи сигнализации, В.

По условию (26) имеем:

U _{ном.с.л.} 5 В_.

По () выбираем сигнальную лампу HL2 марки МН 03 с U _ном.с.л=24 В, Р_потр=2,5Вт.

По паспорту выбираем устройство HL1 марки УПС2У3.

Из паспортных данных выбираем амперметр типа Э8031 У3.

Выбор переключателей производим по следующим условиям:

по назначению;

по конструктивному исполнению;

по рабочему напряжению:

U _{ном.пер.} U _ком; (27)

по току контактов переключателя:

I _{ном.к.пер.} I _дл.к.ц: (28)

где U _{ном.пер} номинальное напряжение переключате ля, В;

U_комноминальное напряжение коммутируемой цепи, В;

I _{ном.к.пер} номинальный ток переключателя, А.

Произведем выбор переключателя SA2. По формуле (24) определяем длительный ток коммутируемой цепи:

I _дл.к.ц. = 25/24=1,04 А По условию (27) и (28) получим:

U _{ном.пер} 24 В

I _{ном.к.пер} 1,04 А По () переключатель SA2 марки ПКн105 с U _{ном.пер.}=24 В, I _{ном.к.пер} =4 А.

Выбор остальных переключателей аналогичен. Данные заносим в таблицу 6.

Таблица 6

Выбор кнопок управления производим по следующим условиям:

по напряжению:

U _ном.кн. U _ц.у.; (29)

по току контактов кнопки:

I _{ном.к.н.} I _дл.к.ц; (30)

по виду и цвету толкателя;

по количеству и виду контактов, где U _ном.кн номинальное напряжение кнопки, B;

I _ном.к.н номинальный ток контактов кнопки, А.

Вид толкателя может быть грибовидный или цилиндрический, цвет красный или черный. Следует иметь в виду, что кнопка «Общий стоп «должна быть с грибовидным толкателем красного цвета.

Покажем выбор кнопки SB3. По формуле (24) определяем длительный ток коммутируемой цепи:

I _дл.к.ц. = 4/24=0,17 А По условиям (29) и (30) имеем:

U _ном.кн.=24 В_.

I _{ном.к.н.}= 0,17 А

По () выбираем кнопку SB3 марки КЕ011У3 с I _ном.к.н=6 А, U _ном.кн.=24 В, с цилиндрическим толкателем черного цвета.

Выбор оставшихся кнопок аналогичен. Данные выбора сводим в таблицу 7.

Таблица 7

Выбор конечных выключателей производим по условиям:

по конструктивному исполнению;

по количеству и виду контактов;

по напряжению:

U _{ном.к.в.} U _ц.у.; (31)

по току контактов:

I _{ном.к.в.} I _дл.к.ц; (32)

где U _ном.к.в — номинальное напряжение конечного выключателя, B;

I _ном.к.в — номинальный ток контактов конечного выключателя, А.

Покажем выбор конечного выключателя SQ3, который коммутирует цепь катушек реле KV4, KV5, KV6, KV7, KV8 и герсиконового контактора КМ3. В данном случае в наиболее тяжёлом режиме одновременно могут работать: герконовое реле KV7 или герконовое реле KV8, а также герконовые реле KV4, KV6 и герсиконовый контактор КМ3. По формуле (24) длительный ток коммутируемой цепи равен:

I_дл.к.ц.=(1,4+1,4+1,4+1,4+1,5+1,4+4)/ 24=0,5 А По () выбираем конечный выключатель SQ3 марки ВПК2110У3 с I_{ном.к.в.}=4 А, U_{ном.к.в.}=24 В.

Выбор оставшихся конечных выключателей аналогичен. Данные выбора сводим в таблицу 8.

Таблица 8

По паспорту станка выбираем электромагнитные муфты YC1 и YC2. YC1 марки ЭТМ0841Н2 с U_{ном.к.в.}=24 В, Р_потр=60Вт и YC2 марки ЭТМ0862 В с U_{ном.к.в.}=24 В, Р_потр=60Вт.

По паспорту станка выбираем конденсатор С1 марки МБГП202 000,51 с емкостью 0.51 мкФ.

По паспорту станка выбираем диод VD15 марки Д226 В.

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

по обратному напряжению:

U _обр. 1,57 U _ц.у.; (33)

по прямому току:

I _доп.пр. 0,5 I _d, (34)

где I _d — ток нагрузки диодов, А.

Ток нагрузки диодов определяем по формуле:

I_d. P_потр U _ц.у, (35)

где P_потр — сумма активных мощностей потребителей цепи управления, Вт.

I_d.=(1,4+1,4+1,4+1,4+1,5+1,4+4+4+4+60)/24=3,35 А По условиям (33) и (34) имеем:

U _обр. 1,57 24=37,7 В

I _доп.пр. 0,5 3,35=1,68 А По ()выбираем диоды VD11VD14 марки КД202Б с U _обр =50 В, I _доп.пр =3,5 А.

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

по напряжению обмоток:

U_{ном.1тр.} U _с.; (36)

U_{ном.2тр.} U _ц.у.; (37)

U_{ном.2мо.} U _ц.мо.; (38)

S_ном.тр. S_расч.1, (39)

где U_ном.1тр номинальное напряжение первичной обмотки трансформатора, В;

U_ном.2тр номинальное напряжение вторичной обмотки питание выпрямителя, В;

U_ном.2мо номинальное напряжение питания обмотки местного освещения, В;

S_ном.тр номинальная мощность трансформатора, В А;

S_расч.1 полная расчетная нагрузка первичной обмотки, В А.

Расчетную нагрузку трансформатора определяем по формуле:

S_расч.1 = S₂ /_, (40)

где S₂ суммарная полная мощность нагрузки вторичных обмоток, В А;

коэффициент полезного действия трансформа тора, о.е.

Суммарную полную мощность нагрузки в нашем случае определяем по формуле:

S₂= I_d U_ц.у. + I_л.мо U_ц.у., (41)

где I_л.мо ток лампы местного освещения, А.

По формуле (24)имеем:

I_л.мо =25 /24 =1,04 А По формуле (41) получим:

S₂=3,35 24 + 1,04 24 =105,36 В, А По () принимаем =0,875.

По формуле (40) получим:

S_расч.1 =105,36 / 0,875 =120,4 В, А По условиям (36), (37), (38), (39) получим:

U_{ном.1тр.} 380 В

U_{ном.2тр.} 29 В_.

U_{ном.2мо.} 24 В_.

S_ном.тр. 120,4₁

По ()выбираем разделительный трансформатор TV1 типа ОСМ 0,160 с S_ном.тр =160 В А, U_ном.1тр =380, U_ном.2тр =29 В, U_ном.2мо =24 В.

2.7 Выбор защитной аппаратуры и питающих проводов

Выбор водного автоматического выключателя производим по условию:

I _ном.р. I _дл., (42)

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

I _дл длительный ток нагрузки цепи, А;

Для водного автоматического выключателя QF2:

I _дл = I _{ном.д .}+ I _{1ном.тр,} (43)

где I _ном.д сумма номинальных токов электродвигате лей, А;

I _1ном.тр номинальный ток первичной обмотки пони жающего трансформатора TV.

I _ном.д =I _ном.М1.+ I _ном.М1 +I _ном.М1 +I _ном.М1, (44)

I _1ном.тр =S_{ном.тр .}+ U _{ном.1тр.,} (45)

I _ном.д =11,3+0,9+0,4+0,4=13,0 А

I _1ном.тр =160/380=0,42 А По формуле (43) получим:

I _дл. =13,0+0,42=13,42 А

По условию (42) имеем:

I _ном.р. 13,42 А_.

По () выбираем автоматический выключатель QF2 марки ВА 5131 с I _ном.в =100 А, I _ном.р =16 А, К_т.о. =10.

Поскольку автоматический выключатель имеет комбинированный расцепитель, то проверим выбранный выключатель на возможное срабатывание электромагнитного рсацепителя по условию:

I _ср.э.р. 1,25 I _кр, (46)

где I _ср.э.р — ток срабатывания электромагнитного расце пителя выключателя, А;

I _кр наибольший возможный кратковременный ток в защищаемой цепи, А.

Для автоматических выключателей серии ВА ток срабатывания электромагнитного расцепителя можно определить по формуле:

I _ср.э.р.=10 I _ном.р., (47)

I _ср.э.р. 10 16=160,0 А

В нашем случае наибольший кратковременный ток в защищаемой цепи определяется как сумма пускового тока двигателя М1 и номинальных токов двигателей М2, М3 и М4 плюс номинальный ток первичной обмотки трансформатора:

I _кр =79,1+0,9+0,4+0,4+0,42=81,22 А По условию (47) имеем:

160 А 1,25 81,22=101,5 А Условие соблюдается, значит, автоматический выключатель выбран, верно. Окончательно выбираем автоматический выключатель QF2 марки марки ВА 5131 с I _ном.в =100 А, I _ном.р =15 А, К_т.о. =10.

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

Выбор оставшихся выключателей аналогичен. Данные выбора выключателей сводим в таблицу 9.

Таблица 9

Тепловые реле для защиты электродвигателей от перегрузок выбираем по условиям:

I _ном.тр. I _ном.; (48)

I _{ном.т.э.р.} I _ном, (49)

где I _ном.тр номинальный ток теплового реле, А;

I _{ном.т.э.р.} номинальный ток теплового элемента реле, А.

Произведем выбор теплового реле КК1 для защиты от перегрузок двигателя главного движения М1.

По условиям (48) и (49) получим:

I _ном.тр.=_. 11,3 А

I _{ном.т.э.р.} = 11,3 А По () выбираем тепловое реле КК1 марки РТЛ 101 604 с I _ном.тр =25 А, I _{ном.т.э.р} =12,0 А, и с пределами регулирования тока несрабатывания 9,514 А.

Выбор остальных тепловых реле аналогичен. Данные заносим в таблицу 10.

Таблица 10

Выбор плавких предохранителей производим по условию:

I _вст. I _{ном. з.ц.}; (50)

где I _вст номинальный ток плавкой вставки, A;

I _{ном. з. ц} номинальный ток защищаемой цепи, А.

Произведем выбор предохранителя FU1 в цепи местного освещения.

В данном случае I _{ном. з. ц} = I _л.м.о..

По условию (50) получим:

I _вст 1,04 А По () выбираем плавкий предохранитель FU1 марки ПРС6П с I=6 А, I=2 A.

Выбор остальных предохранителей аналогичен. Данные заносим в табл.11.

Таблица 11