Проектирование электрической схемы и выбор электрооборудования обрабатывающей установки

Введение

Металлорежущие станки является одним из основных видов технологического оборудования для различной обработки деталей. Он представляет собой промышленную установки, обеспечивающую относительные перемещения металлорежущего инструмента и обрабатываемого изделия для придания изделию требуемой формы.

Металлорежущие станки представляют собой сложную электромеханическую систему. Современные металлорежущие станки оборудованы системой автоматизированного электропривода, включающего в себя многие электрические машины, всевозможные усилительные и преобразовательные устройства, многочисленную аппаратуру. Между электродвигателями станка существуют электрические блокировочные и функциональные связи с использованием сложной электрической схемы управления.

Глубокая электрификация металлорежущих станков является одним из путей, ведущим к упрощению конструкций станков, уменьшению их веса; она способствует развитию автоматизации управления, направленной на сокращение времени, затрачиваемого для производства продукции. Автоматизация управления электроприводами весьма эффективно решает задачи комплексной автоматизации в виде автоматических линий станков, отдельных цехов и даже заводов.

Технический прогресс дает возможность современным электрическим системам удовлетворять почти любым техническим требованиям. Новые бесконтактные элементы, неуправляемые и управляемые вентили и другие элементы автоматики, позволяют создавать достаточно надежные системы автоматизации. При этом усложняются расчеты систем автоматизированного электропривода. Методика расчетов совершенствуется, используются моделируемые математические установки и вычислительные цифровые машины. Следует помнить о роли экспериментальной проверки того или иного расчета. Эксперимент в технике современного электропривода металлорежущих станков имеет существенное значение вследствие нелинейности большинства протекающих в системе процессов, не всегда поддающихся точному теоретическому расчету. В связи с этим специалист электромеханик в области электропривода станков должен всегда помнить о значении экспериментальных работ при проектировании и расчете систем электропривода.

Увеличение производительности станков и уменьшение стоимости электрооборудования являются основными требованиями, предъявляемыми к системам автоматизированного электропривода, однако они противоречат друг другу. Усложнение систем влечет за собой удорожание электрической части станков за счет увеличения стоимости элементов электрооборудования. Кроме того, усложняется и удорожается его обслуживание и эксплуатация. Целесообразное решение этих вопросов получается путем использования комплексной автоматизации станков и применения, перспективных по качеству, надежности и уменьшению стоимости элементов электрооборудования.

Электропривод подачи является одним из основных элементов в конструкции металлорежущих станков. От его характеристик во многом зависят характеристики МРС в целом. Как правило, станки содержат несколько электроприводов подач в зависимости от числа координатных осей МРС. Конструкция исполнительных механизмов приводов подач во многом определяется требуемым перемещением.

Для повышения точности металлообработки произведем модернизацию электропривода подачи.

Глава 1. Общая часть

1.1 Виды конфигурации и металлообрабатывающих станков Все металлообрабатывающие станки по принципу воздействия на обрабатываемый материал условно можно разделить на три вида:

— металлорежущие (резание),

— кузнечно-прессовые (удар и давление)

— электротехнологические (Электрическая энергия, преобразования в другие виды энергии).

Металлорежущие станки предназначены для механической обработки металлов режущими инструментами.

В настоящее время имеют наиболее широкое применение на производстве.

По весогабаритным показателям различают станки:

— нормальные, с массой до 10 т;

— крупные, с массой от 10 до 30 т;

— тяжелые, с массой от 30 до 100 т;

По точности обработки станки бывают:

— нормальной точности,

— повышенной точности,

— высокой точности,

— особо высоко точности (прецизионные) По назначению и характеру выполняемых работ можно выделить 6 основных групп станков:

— токарные,

— сверлильные и расточные,

— строгальные,

— фрезерные,

— шлифовальные Краткая общая характеристика этих групп станков представлена в (Приложение 1. таблица 1.1)

1.2 Назначение, технические характеристики станка Токарно-винторезный станок ФТ-11 предназначен для выполнения широкого круга токарных работ на чистовых и получистовых режимах. Станков обеспечивает нарезание метрической дюймовой, модульной и питчевой резьбы, а при сокращённой кинематической цепи (прямое включение ходового винта без коробки подач) даёт возможность производить нарезание нестандартных резьб при соответствующей настройке гитары. (Приложение 2 таблица 1.2 — 1.3.)

1.3 Требования к электроприводу и системе управления Пределы подач, мм/об: 0,018 — 22,4

Скорость быстрых перемещений суппортаЭтой линейной скорости движения суппорта соответствует частота вращения винта привода подач:

об/мин,

где ?_хх — скорость быстрого (холостого) перемещения суппорта (м/мин), m — шаг винта привода подач (м)., м/мин 4,0

Диапазон регулирования скорости подачи Диапазон регулирования выбирается из условия: Что большим скоростям резания (скорость главного движения) соответствуют меньшие подачи и наоборот. Максимальная подача при максимальной скорости главного движения (1400 об/мин) — 0,7 мм/об (табл. 1.3); минимальная подача при минимальной скорости главного движения (10 об/мин) — 0,1 мм/об. Тогда максимальная частота вращения винта привода подач:

об/мин

об/мин

где S — подача (мм/об); m — шаг винта привода подач (мм); n_г. д.max=1400 об/мин — максимальная скорость вращения главного привода; n_г. д.min= 10 об/мин — минимальная скорость вращения главного привода.: 4000:1

Диапазон регулирования рабочей (без учета быстрых перемещений суппорта) скорости подачи: 1000:1

Относительная погрешность регулирования при различной нагрузке на минимальной скорости, %, не более 5

Допустимое перерегулирование скорости при скачке управляющего воздействия, %, не более 20

Время регулирования 3Тм

1.4 Описание конструкции токарно-винторезного станка Общий вид станка представлен на рис.3

Рис. 3. Общий вид станка.

1-Рукоятка включения нормального и увеличенного шага левой или правой резьбы. 2-Рукоятка переключения диапазонов. 3,14-Рукоятка для выключения и реверсирования вращения шпинделя, 4-Рукоятка для поперечной подачи суппорта. 5-Рукоятка для включения продольной и поперечной подачи. 6-Кнопка включения ускоренных ходов. 7-Рукоятка зажима пиноли. 12-Пульт управления. 19-Пульт управления на шпиндельной бабке 8-Рукоятка быстродействующего зажима задней бабке. 9-Маховик для перемещения пиноли На станке установлено следующее электрооборудование

электродвигатель главного привода-М1

электродвигатель насоса охлаждения-М2

электродвигатель ускоренного перемещении суппортной группы-М3

на задней стороне шпиндельной бабки установлен электрошкаф в котором размещена аппаратура управления

на плите закреплёной на задней стенке левой тумбы станка расположена автоматическая коробка скоростей (АКС) осущест вляющая переключение скорости шпинделя с помощью электромагнитных муфт Y1-Y7.

Разводка проводов от электрошкафа осуществляется через штепсельные разъемы расположенные на боковой стенке и дне электрошкафа.

Силовые цепи станка предназначены для подключения к трехфазной сети переменного тока 380 В частотой тока 50 Гц.

Электромагнитные муфты цепи управления и сигнализации питаются пониженным напряжением следующих значении Таблица 3.1

Основные элементы станка.

СТАНИНА Станина станка жесткой конструкции с диагональными ребрами и с двумя призматическими и двумя плоскими направляющими. Направляющие подвергнуты термообработке с последующей шлифовкой. Передняя и задняя направляющие служат для перемещения каретки и защищены от воздействия внешней среды телескопическими щитками. Средние направляющие служат для перемещения задней бабки. Станина устанавливается на тумбах между которыми расположено корыто для сбора стружки.

КОРОБКА СКОРОСТЕЙ.

Коробка скоростей имеет 9 прямых и 3 обратных ступеней чисел оборотов. Переключение скоростей осуществляется с помощью 7 электромагнитных муфт. Коробка скоростей крепится на плите закрепленной на задней стенке левой тумбы. Движение на входной вал коробки скоростей с электродвигателя осуществляется клиноременной передачей, а с выходного вала АКС на шпиндельную бабку передается с помощью плоскозубчатого ремня.

ШПИНДЕЛЬНАЯ БАБКА.

Шпиндельная бабка представляет собой редуктор позволяющий получать три диапазона скоростей шпинделя со следующим кинематическим соотношением входного числа оборотов к выходному 1:1,1:4,1:16.Шпиндель разгружен от действия радиальных сил ременной передачи и смонтирован на высокоточных цилиндрических роликоподшипниках и радиально-упорных шарикоподшипниках. Он получает вращение от автоматической коробки скоростей (АКС) через зубчатую ременную передачу. Кинематическая схема показана на рис.1

В положении диапазона 1: 1 (вращение напрямую АКС) шпиндель получает со шкива 2, жестко соединенного с шестерней-муфтой 3 и через включенную в псе шестерню 4.

Включение диапазона 1: 4 происходит с помощью: шестерен 3, 5, 6 и, 7; а диапазон I :16 — 3, 5, 6, 8, 10, 9, 11 и 12. Включение всех трех диапазонов осуществляется рукояткой 13 (рис. 1), ступица 14 которой соединена с валиком 15, на котором закреплен кулачок 16, имеющий два специальных паза 16а и 166. В эти пазы входят ролики рычагов 17 и 18. Рычаг 17 жестко связан с валиком 19, на котором так же жестко закреплен рычаг 20. Получая определенное вращение от паза 16а, через рычаг 17 и валик 19, рычаг 20 с помощью переводки 21, кулачка 22 и вилок 23 и 24, переключает шестерни 6 и 11. Согласованно с рычагом 17, рычаг 18, свободно сидящий на вилке 19, от паза 166 получает определенное вращение и через тягу 25 поворачивает рычаг 26, с которым связаны вилка 27 и сухарь 28 переключающие шестерни 5 и 4.

Привод от шпинделя к гитаре станка осуществляется с помощью шестерен 31, 32, 33, 34. Включение нормального или увеличенного шага правой или левой резьб производится рукояткой 35, закрепленной с кулачком 36. Кулачок 36 управляет одновременно двумя сборными рычагами 37 и 38, которые через вилку 39 и сухарь 40 переключают в соответствующее положение шестерни 31 и 33.

ЗАДНЯЯ БАБКА Задняя бабка закрепляется эксцентриковым зажимом с помощью рукоятки 26 при легких работах и дополнительно винтами 13 и 50 при тяжелых работах. Если рукоятка 26, отведенная в крайнее положение, не' обеспечивает достаточный прижим, то нужно посредством регулирования гайки 37, изменить положение прижимной планки 35 и установить необходимое усилие прижима.

Облегчения перемещения и предотвращения износа направляющих, задняя бабка снабжена пневмооборудованием. Сжатый воздух от сети через фильтр (влагоотделитель), маслорас-пылнтель, трехходовой клапан и систему отверстий и канавок, подается между сподком задней бабки и направляющими станины, образуя воздушную подушку.

КОРОБКА ПОДАЧ Коробка подач станка позволяет получать величины и диапазон подач суппорта шагов метрическнх, дюймовых, модульных и питчевых резьб. В таблице 2, помещенной на передней стенке шпиндельной бабки, указаны все возможные величины продольных и поперечных подач, а также шаги резьб нормальной точности, полученные при помощи механизма коробки подач и соответствующих настроек гитары.

На кожухе, закрывающем гитару, помещена таблица 3 настроек на резьбы повышенной точности.

Резьбы повышенной точности нарезаются при более короткой кинематической цепи — напрямую (без коробки подач), т. е. путем настройки гитары на каждый шаг резьбы.

Для выбора вида обработки: 1) подача; 2) метрическая или модульная резьба; 3) дюймовая или питчевая резьба; 4) прямое включение ходового винта — служит средняя рукоятка коробки подач, имеющая в положениях особые символы (таб. 4).

ФАРТУК Механизмы фартука обеспечивают получение подач каретки и суппорта в четырех направлениях в ускоренном и рабочем режимах. Для обеспечения продольной подачи включается муфта 104 или муфта на валу 99, для обеспечения поперечной подачи включается муфта 39 или муфта 41. Для предотвращения самопроизвольного включения поперечной подачи при выключенной продольной в фартуке имеется блокировочное устройство, установленное в рукоятке включения подачи. В фартуке имеется также блокировочное устройство для предотвращения одновременного включения рукоятки подачи 76 и рукоятки маточной гайки.

Регулировка положения полугайки маточной гайки обеспечивается специальными винтами, установленными на стенке корпуса фартука.

Фартук снабжен предохранительной муфтой, которая срабатывает в случае повышения допустимой осевой нагрузки. Величину предельного усилия можно регулировать гайкой 11.

Механизм фартука обеспечивает обработку деталей по жесткому упору, который можно устанавливать на станине.

КАРЕТКА, ВЕРХНИЙ СУППОРТ Механизмы каретки и верхнего суппорта обеспечивают подачу инструмента в поперечном направлении. Механическая подача верхнего суппорта осуществляется при выдвинутом положении кнопки 1, и зафиксированном от вращения винте. Обработка конических поверхностей с применением механической подачи верхнего суппорта возможна при установке верхней части суппорта на соответствующий угол и закрепление его специальными винтами. На чертеже обозначено положение кнопки 1 при включенном винте поперечной подач. Для повышения безопасности работы, предусмотрено отключение вращения рукоятки 2 ручного перемещения суппорта 3.

На каретке расположены рукоятки 4 для включения и реверсирования вращения шпинделя. Шпиндель начнет вращаться только при одновременном перемещении рукояток 4 и нажатии одной из кнопки 5, которые служат для блокировки произвольного включения шпинделя.

Каретка снабжена дифференциальным лимбом поперечной подачи 6, который позволяет вести непосредственный отсчет перемещений суппорта относительно оси центров станка.

Регулирование зазора в винтовой паре поперечной подачи осуществляется поворотом червяка 7 и последующим фиксированием его двумя винтами 8.

Регулирование зазоров в направляющих <�ласточкин хвост> каретки и верхнего суппорта производится смещением соответствующих клиньев 9 относительно направляющих регулировочными винтами 10, которые расположены с обоих торцов клиньев.

Для предотвращения смещения каретки при торцевой обработке предусмотрено закрепление ее относительно станины специальным винтом через планку 11.

При механической подаче недопустимы перемещения верхнего суппорта до крайних положений (перемещения верхнего суппорта ограничены рисками).

РЕЗЦЕДЕРЖАТЕЛЬ Корпус резцедержателя 4 фиксируется на зубьях плоского кольца 1, закрепленного на верхнем суппорте.

Разжим, поворот и фиксация резцедержателя осуществляется поворотом рукоятки 12, сначала против часовой стрелки, а после выбора нужной позиции зажим производится поворотом рукоятки по часовой стрелке.

Конструкция резцедержателя обеспечивает надежную защиту встроенных детален от попадания грязи и эмульсии.

Глава 2. Расчет электроснабжения и управления электропривода

2.1 Расчет мощности двигателя продольной подачи В процессе снятия стружки резцом возникает усилие, приложенное под некоторым углом к режущей кромке инструмента (рис. 4.1). Это усилие может быть представлено в виде трёх составляющих:

1) Fz — тангенциальное усилие, или усилие резания, преодолеваемое шпинделем станка;

2) Fy — радиальное усилие, создающее давление на суппорт;

3) Fx — осевое усилие, или усилие подачи, преодолеваемое механизмом подачи.

Рис. 4.1 Схема точения.

1-обрабатываемое изделие; 2-резец; 3-главное движение; 4-движение подачи.

Для расчета усилия резания используется эмпирическая формула, Н:

Fz=9.81. СF. tXp .SYf. vn;

Скорость резания, м/мин: v=;

где Скоэффициент, характеризующий обрабатываемый материал резца и вид токарной обработки; t-глубина резания для отделочных работ; s-подача, представляющая собой перемещение резца, приходящееся на один оборот изделия, мм/об; Т — стойкость резца (время работы его между двумя заточками), мин.

Значения коэффициентов и показателей степени, которые зависят от некоторых факторов (скорость резания, стойкость, материал, вид охлаждения резца, вид обрабатываемого материала и другие) находятся по справочной литературе. Усилие, передаваемое в направлении подачи при линейном перемещении режущегося инструмента:

где Fx — составляющая усилия резания в направлении подачи; kкоэффициент запаса, учитывающий перекосы (k =1.1−1.3); f=(0,05−0,15) — коэффициент трения при движении, G = 1400 Н-масса суппорта и каретки.

Кроме того, должны учитываться усилия от собственного трения в винтовой передаче. Типовая кинематическая схема привода подачи представлена на рис. 4.2.

Рис. 4.2. Кинематическая схема привода подачи.

1— двигатель; 2 — редуктор; 3 — ходовой винт подачи.

Вращающий момент на валу двигателя:

;

где п — к. п. д. передачи от ходового винта к двигателю; iпередаточное отношение редуктора.

; ;

где dcp — средний диаметр ходового винта, мм; m — шаг нарезки ходового винта, мм; и ругол наклона резьбы и угол трения ходового винта.

p= arctg (f)

fкоэффициент трения при скольжении, (f = 0,05−0,15).

Для расчета принимается наружное точение с самым тяжелым режимом. Материал изделия — стальное литье из углеродистой легированной стали G= 737 Н/мм. Диаметр изделия du = 500 мм.

Для точения принимается проходной резец с пластинкой из твердого сплава титановольфрамовой группы марки Т30К4 с главным углом в плане

вспомогательным углом в плане = 10, передним углом 10 и задним углом 12 .

Принимается максимальная глубина резания t = 2 мм и максимальная подача s=0,25;

Скорость резания: =168.33 м/ мин.

С учетом поправочного коэффициента knv=0,8−0,85 на скорость резания для работы по литейной корке:

м/мин.

Этой скорости соответствует скорость шпинделя:

;

На станке ближайшая меньшая скорость которой соответствует скорость резания:

м/мин.

Усилие резания:

Радиальное усилие Осевое усилие подачи:

Суммарное усилие подачи, необходимое для перемещения суппорта с резцом в направлении подачи при резании:

Вращающий момент на ходовом винте:

где

Расчет момента на валу двигателя производится для двигателя с номинальной частотой вращения например, n=1000 об/мин, тогда передаточное число редуктора:

— к. п. д. редуктора.

Момент на валу двигателя:

Мощность двигателя привода подач:

к = 2 коэффициент, учитывающий плохое охлаждение на низких скоростях при высоком диапазоне регулирования скорости.

Выбирается 4ПБ80А1

Таблица

Проверяем двигатель по моменту на ходовом валу, приведенному к валу двигателя, т. е. должно выполняться условие:

Номинальный момент, развиваемый двигателем:

Двигатель удовлетворяет условию проверки.

2.2 Технико-экономическое обоснование выбора типа электропривода Во всех отраслях народного хозяйства проявляется тенденция роста доли регулируемого электропривода, и в связи с этим становится все более актуальным вопрос о рациональных областях применения электропривода постоянного и переменного тока.

Множество факторов должно быть учтено при решении этой проблемы: степень удовлетворения технологическим требованиям, энергетические показатели, надежность в эксплуатации, габаритные и весовые показатели, ремонтопригодность, технологичность изготовления и наличие производственной базы для изготовления, стоимость изготовления, монтажа, наладки и эксплуатации, диапазон регулирования скорости, диапазон мощностей моментов и усилий, требования к источникам питания и ещё многое другое.

Вопрос эксплуатационной надежности. Коллекторный и щёточный аппарат в Ад, действительно, отсутствуют. Но это практически не сказывается на сравнительной надежности ДПТ и Ад в рассматриваемом случае их применения. дело в том, что при небольших частотах вращения и мощностях, ресурс и эксплуатационная надежность коллектора и щеточного аппарата не ниже, чем у подшипников электродвигателя. Поэтому отсутствие коллектора у Ад не увеличивает интервала между планово — предупредительными ремонтами и не сказывается сколь — ни будь заметным образом на эксплуатационных качествах электрооборудования станка. Что касается интенсивности отказов, то уже сегодня интенсивность отказов дПТ пренебрежимо мала в сравнении с таковой у весьма сложных полупроводниковых управляющих устройств.

Вывод: при переходе на асинхронные следящие электроприводы следует ожидать только снижение эксплуатационной надежности электрооборудования станка.

Вопрос габаритов и охлаждения. КПД асинхронного двигателя существенно ниже, чем у электрических машин с возбуждением от постоянных магнитов, что при одинаковых условиях охлаждения и одинаковом уровне изоляции вызывает повышение расхода активных материалов и поверхности охлаждения. Ситуация усугубляется и неравным единице коэффициентом мощности АД.

Серийные АД предназначены для работы с номинальной частотой вращения, т. е. с самовентиляцией, эти АД предельно использованы по активным материалам (сталь, изоляция), что значительно повышает вероятность их отказа; в электрооборудовании дорогих станков с ЧПУ необходимо будет применять двигатели с меньшим использованием активных материалов и, следовательно, с увеличенными габаритами (дополнительно к увеличению, вызванному утратой самовентиляции) в АД придётся встроить датчики обратных связей системы автоматического регулирования.

Вывод: результирующий выигрыш в габаритах АД из — за отсутствия у него коллектора проблематичен; во всяком случае, он не может быть таким, чтобы ощутимо сказаться на конструкции механизмов станка.

Момент инерции двигателей Наличие потерь в статоре и в роторе АД в сочетании со стремлением минимизировать его воздушный зазор (с целью повысить его КПД и коэффициент мощности) существенно затрудняют выполнение его с большим отношением длины его ротора к диаметру. Поэтому у дПТ с беспазовым якорем (т.е. при упрощении проблемы коммутации) момент инерции при необходимости может быть сделан меньшим, чему АД.

Для рассматриваемых станков вопрос момента инерции собственно электродвигателя уже, как правило, остро не стоит, ибо его снижение до уровня, существенно меньшего момента инерции приведенного к его валу механизма, теряет практический смысл.

Вывод: если необходимо максимально возможное ускорение, то и в этом случае дПТ имеет бесспорные преимущества перед Ад (так как у ДПТ кратковременные перегрузки по моменту могут превышать десятикратные значения); ускорения, развиваемые применяемыми в настоящее время станочными дПТ даже при номинальном токе якоря, достаточны для удовлетворения соответствующим требованиям станков.

Выбор типа привода предопределяется требованиями, касающимися условий регулирования скорости, в частности, диапазоном регулирования.

Рассчитаем диапазон регулирования для привода подачи. Скорости быстрого перемещения суппорта соответствует частота вращения винта привода подач:

n об/мин где — скорость быстрого перемещения суппорта (м/мин); m-шаг винта привода подач, (м);

Максимальная частота вращения винта привода подачи:

n об/мин Диапазон регулирования рабочей скорости:

D=

Общий диапазон регулирования:

D=

Учитывая малую мощность разрабатываемого электропривода, а также точностные и динамические требования, предъявляемые к приводу, выбираем регулируемый электропривод постоянного тока с двухзонным регулированием скорости вращения, серийно выпускаемый нашей промышленностью, ЭПУ1−2…Д, где номинальная частота вращения двигателя соответствует максимальной подаче .

Электропривод серии ЭПУ1−2…д состоит из блока управления (преобразователя), электродвигателя постоянного тока, сглаживающего реактора, аппаратуры защиты при коротких замыканиях, задатчика скорости технологического. Электропривод конструктивно представляет собой комплектное устройство, выполненное в открытом исполнении и предназначенное для встройки в шкаф. Он предназначен для регулирования и стабилизации частоты вращения электродвигателя постоянного тока в диапазоне 1:1000.

Электропривод предназначен для работы в закрытых отапливаемых помещениях в следующих условиях:

— высота над уровнем моря не более 1000 м;

— температура окружающего воздуха (внутри шкафа) от 50 до 450 С.

Электропривод конструктивно представляет собой комплектное устройство, выполненное в открытом исполнении (степень защиты IРОО) и предназначенное для встройки в шкаф.

Преобразователь имеет блочную конструкцию, обеспечивающую оперативную замену блоков и возможность ремонта или замены отдельных элементов.

В электроприводе применены электроизоляционные материалы класса нагревостойкости не ниже В.

2.3 Расчет силовой схемы электропривода В этом разделе производятся: выбор типа и расчет параметров силового трансформатора, проверка тиристоров принятых к установке в типовом преобразователе; выбор катодного дросселя, выбор устройств защиты преобразователя от токов короткого замыкания, длительной перегрузки и коммутационных перенапряжений.

2.3.1 Параметры трансформатора Трансформатор в управляемом вентильном электроприводе необходим для согласования напряжения сети с напряжением двигателя.

Фазное напряжение вторичной обмотки трансформатора определяется выражением:

где Uн — номинальное напряжение двигателя; kс — коэффициент, устанавливающий зависимость между средневыпрямленным напряжением преобразователя и напряжением вторичной обмотки трансформатора, этот коэффициент зависит от схемы выпрямления; k1 = 1,05… 1,1 — коэффициент запаса по напряжению сети; k2 = 1,05… 1,2 — коэффициент запаса по напряжению, учитывающий неполное открытие вентилей при максимальном управляющем сигнале; k3 = 1,0… 1,05 — коэффициент запаса по напряжению, учитывающий падение напряжения в вентиле, в обмотках трансформатора.

Коэффициент трансформации трансформатора, токи фаз вторичной и первичной обмоток трансформатора определяются

, ,

где Iн — номинальный ток двигателя.

Типовая мощность трансформатора:

.

Значения коэффициентов для мостовой схемы: kс = 2,34; b = 0,617; c = 0,817; q=2,45; f = 2; d =3/? .

Приведенное к вторичной обмотке активное сопротивление одной фазы трансформатора:

Реактивное сопротивление одной фазы трансформатора, приведенное к вторичной обмотке:

где Pк% = (1…3,5)% - потери активной мощности трансформатора в режиме короткого замыкания; Uк% = 5…10% - напряжение короткого замыкания трансформатора; Zт — полное сопротивление одной фазы трансформатора, приведенного к вторичной обмотке; Lт = xт/?0 — индуктивность фазы трансформатора; ?0 = 2? fс частота напряжения питающей сети.

Фазное напряжение вторичной обмотки трансформатора:

В.

Коэффициент трансформации трансформатора:

Токи фаз первичной и вторичной обмоток трансформатора:

А, А, Мощность трансформатора:

.

Принимаем трансформатор с расчетными данными:

Приведенное к вторичной обмотке активное сопротивление одной фазы трансформатора:

Ом.

Реактивное сопротивление одной фазы трансформатора, приведенное к вторичной обмотке:

Ом.

Индуктивность фазы трансформатора:

Гн, где рад/с — частота напряжения питающей сети.

2.3.2 Выбор катодного дросселя Пульсации выпрямленного тока существенно ухудшают режим коммутации в двигателе и увеличивают его нагрев. Амплитудные значения гармонических составляющих выпрямленного напряжения Udnm зависят от среднего значения угла регулирования и определяются следующим выражением

где Ud0 = kсU2ф — средневыпрямленное напряжение при угле регулирования, равном нулю; p = 6 — пульсность для трехфазной мостовой и шести фазной нулевой схем; р = 3 — для трехфазной нулевой схемы выпрямления; k = 1,2,3 — кратность гармоники. В симметричной мостовой и нулевой схемах наибольшую амплитуду имеет основная гармоника (k = 1)

Максимальное выпрямленное напряжение преобразователя ().

В

;

В, Определим индуктивность цепи выпрямленного тока Гн,

где P% = 2% - для компенсированных двигателей.

Индуктивность сглаживающего реактора (катодного дросселя):

Lдр = Ld — LяLт, где Гн, из справочных данных.

Lд = 0,498 — 0,128 — 0,716 = 0,363 Гн.

Так как индуктивность цепи выпрямленного тока меньше индуктивности цепи якоря, поэтому катодный дроссель принимается по расчетным данным.

станок токарный двигатель электропривод ремонт

Глава 3. Силовая схема станка

3.1 Блок логики Логическое устройство (ЛУ) осуществляет управление силовыми вентильными комплектами: преобразователя и выполняет следующее функции: выбор нужного направления вращения в зависимости от знака входного сигнала путем включения соответствующих ключей, определяющих требуемое направление тока преобразователя; блокировку входа ЛУ сигналом датчика состояния тиристоров; формирование выдержки времени между моментом снятия импульсов с работавшего ранее комплекта и подачи их на вступающий в работу комплект (см. рис.9.3.). Функциональная схема логического устройств изображена, на рис. 6.4.1 и включаем в себя: нуль-орган, элементы: совпадения «И-НЕ» DD3.1, DDЗ.4) на входе триггера заданного положения (ТЗЛ); триггер ТЗЛ (DD3.2,DDЗ.З); элементы совпадения «И-НЕ» (DD4.1; DD4.4) на входе триггера истинного положения (ТИП); триггер ТИП (DD4.2;DD4.3), элементы: совпадения на выходе триггеров (DD 5.1, DD5.3), элементы отсчета задержек времени на переключение DD5.4, СЭ, R54); элемент совпадения (DD5.2); общие транзисторные ключи (КН, КВ). Работа логического устройства в электроприводе поясняется диаграммами напряжений, преведенными на рис. 10.4.

Регулируемый сигнал поступает на итвертирующий вход НО, при этом отрицательных сигнал устанавливает, НО в положение логической «1», а положителъный — в положение логического «0». Если на блокирующем входе 2 имеется сигнал «1» датчика проводимости вентилей (ДПВ), то элементы совпадения DD3.1 DD3.4 разрешают прохождение сигнала, НО на триггер заданного положения. Элементы совпадения. DD4.1, DD4.4 при наличии на входе сигнала «1'' переводят триггер ТИП, а положение, с сопутствующее триггеру ТЗЛ. Выхода триггеров ТЗЛ и ТИП подключены на элементы совладения.

DD 5.1,DD5.3, которые управляют транзисторными ключами КН, КВ.

Силовые транзисторные ключи Н1, В1 разрешают выдачу управляющих импульсов на комплекты тиристоров «назад» или «вперед1', ключи Н2, В2 осуществляют управление переключателем характеристик на входе управляющего органа СИФУ.

При наличии управляющих импульсов тс тока в силовой цели с ДПВ поступает на блокирующий вход 2 сигнал «О» запрещающий прохождение сигнала с выхода, НО на вход триггера ТЗЛ до исчезновения тока. При этом триггеры ТЗП к ТИП остаются в первоначальном положении, идет режим работы в выбранном направлении.

При реверсировании, регулирующего сигнала реверсируется сигнал на выходе НО. Ток в силовой цели, начинает опадать, а как только ток прекратится, с ДПВ на вход 2 поступаем сигнал «1», разрешающий нуль-органу через элементы совпадения DD3.1, DD3.4 перевести: триггер ТЗП в новое состояние. На выходе элементов совпадения DD5.1, DD5.3 наступает соответствие (сигналов «Г), ключ КН выключается. Одновременно с выхода элемента DD 5.2 снимается сигнал разрешения: выдачи импульсов формирователями ФИ и начинается отсчет выдержки времени на приведение триггеров в новое состояние: на выходе элементов DD5.4 появляется сигнал «Г1, конденсатор С9 начинает заряжаться и при достижении на нем напряжения, соответствующего уровню «Iм, элемент совладения. ШЭ4.1, 1)0 4.4 переводят триггер ШГГ в положение, соответствующее триггеру ТЗД. После этого включается ключ КЗ. На выходе элемента появится сигнал разрешения выдачи импульсов в ФИ только после включения одного из каналов устройства (ключ 31 или Н1). Таким образом, после снятия импульсов с ранее работавшего канала, для надежности осуществляется кратковременная задержка выдачи управляющих импульсов по каналу нового направления тока, исключающего аварийное включение тиристоров из-за ограниченной чувствительности датчика проводимости.

Если во время отсчета выдержки времени на вход нуль-органа поступит команда на включение в первоначальное положение, то триггер ТЗЛ возвращается в прежнее состояние. Сразу разрешается выдача управляющих импульсов на тиристоры первоначально выбранного комплекта. Это позволяет уменьшить время регулирования тока нагрузки и способствует устойчивой работе электропривода.

3.2 Описание принципиальной схемы станка Силовая цепь станка включает в себя два фазных короткозамкнутых асинхронных двигателя, один двигатель постоянного тока, преобразователь ЭПУ, предохранительные устройства и выключатели.

В цепь управления входят релейно-контактные и другие аппараты, расположенные в шкафу. Станок оборудован местным освещением.

При включении вводного выключателя QF1 и наличии напряжения в сети загорается лампа HL2.

Пуск электродвигателя главного привода М1 осуществляется при включенном вводном выключателе QF1 нажатием кнопки SB1, которая запитывает цепь катушки магнитного пускателя КМ1(только при замкнутых контактах конечного выключателя SQ2). Пускатель замыкает силовую цепь с М1 и блок контакт КМ1, переходя на самопитание, загорается HL1.

Пуск электропривода подачи М3 осуществляется нажатием толчковой кнопки, встроенной в рукоятку фартука и воздействующей на конечный выключатель SQ1, замыкает цепь катушки пускателя КМ2.

Пуск двигателя насоса возможен только при работающем двигателе главного движения М1 и осуществляется переключателем SA1, установленным на лицевой панели электрошкафа.

Система автоматического управления электроприводом подачи организована на базе преобразователя ЭПУ, который проходит наладку с учетом требований к САУ.

Питание цепей управления и местного освещения осуществляется от понижающего трансформатора для обеспечения электробезопастности. (Приложение 3 Рис 3.2)

Глава 4. Организационно-экономическая часть

4.1 Виды ремонтов Ремонт — это комплекс работ для поддержания и восстановления исправности, или работоспособности системы электрооборудования за счет замены или восстановления изношенных, разрушенных элементов (узлов, деталей), регулировки и наладки ремонтного оборудования с доведение их параметров до пределов, обусловленных паспортом и техническими условиями. Планово-предупредительный ремонт (ППР) включает в себя работы по ТО, текущему и капитальному ремонту.

Текущий ремонт:

* внешний осмотр электрооборудования станка, продувку электронных плат сухим воздухом, промывку спиртом разъёмов и контактных соединений, а также регулировку преобразователя и натяжения ремённых передач при необходимости.

Для преобразователя ЭПУ:

* контроль состояния блоков тиристоров, стабилизаторов, диодов, вентилей, состояние паек и затяжек резьбовых соединений, проводов предохранителей и систем охлаждения, очистка аппаратов и блоков от загрязнений.

Для двигателя 4П:

* проверка состояния и смазки подшипников (при необходимости производится их замена): осмотр, очистка и продувка сжатым воздухом статор и якорной обмотки коллектора; проверка креплений и устранение местных повреждений изоляции обмотки; подтяжка крепёжных соединений и контактов; зачистка и шлифовка коллектора; проверка и регулировка щёткодержателей; проверка работы на холостом ходу и под нагрузкой.

Все мероприятия капитального ремонта:

* для преобразователя ЭПУ: перемонтаж всех силовых цепей; замена диффективных п/п приборов, ремонт пусковой и защитной аппаратуры; трансформатора, замена конденсаторов и измерительных приборов, промывка и продувка сжатым воздухом системы охлаждения; промывка цепей блокировки;

* настройки блоков автоматического регулирования.

Для двигателя 4П: полная и частичная замена обмоток или их ремонт, правка или замена якоря двигателя, переборка коллектора (при необходимости), замена крепёжных деталей, очистка, сборка, окраска двигателя, испытание двигателя в соответствии с требованиями нормативной документации для новых двигателей.

Глава 5. Охрана труда

5.1 Меры безопасности при работе станков Обеспечение безопасности жизни в процессе профессиональной деятельности инженера-электрика, то есть охрана его труда осуществляется по следующим основным направлениям:

— Обеспечение надлежащего уровня промышленной санитарии на объекте профессиональной деятельности;

— Знание и строгое соблюдение правил безопасного осуществления профессиональной деятельности, как самим специалистом, так и его коллегами;

— Устойчивость безопасного функционирования оборудования;

— Научная и психологическая подготовка специалистов, обеспечивающая адекватность их поведения в чрезвычайных ситуациях техногенного происхождения.

Ответственность за соблюдение правил, обязательных для каждого работника, несёт сам работник.

Ответственность за обеспечение надлежащих условий труда, уровня подготовки работников и возможность соблюдения всех правил несёт в законодательном порядке работодатель.

5.2 Вредные и опасные факторы Вредные факторы — это такие, которые приводят к временной потере трудоспособности.

Опасные факторы — это такие, которые приводят к длительной потере трудоспособности, смертельным исходам.

К вредным факторам относятся шум, вибрация, плохая освещённость, электромагнитные излучения и др.

Шум возникает при работе различного производственного оборудования. По происхождению шум бывает механическим, электромагнитным, аэродинамическим и гидравлическим. Шум — это звуки неблагоприятно воспринимаемые человеческим организмом.

Шум, как и всякий физический звук — результат колебаний источника звука, который вызывает в окружающей среде изменение давления во всех направлениях. Шум характеризуется частотой, интенсивностью, продолжительностью.

Слышимые звуки (в том числе шумы) занимают полосу частот от 16 Гц до 2000 Гц. Допустимые уровни шума устанавливаются ГОСТом. [17]

Принято считать, что шум 30 — 35 дБ не беспокоит человека; 40 — 70 дБ раздражает центральную нервную систему и утомляет, при длительном воздействии приводит к заболеваниям; 75 дБ — вызывает тугоухость; 140 дБ — порог болевых ощущений; 160 дБ — может привести к гибели человека.

Шум угнетает центральную нервную систему, вызывает изменение скорости дыхания и пульса, нарушает обмен веществ, способствует возникновению сердечно-сосудистых заболеваний, язвенной болезни, гипертонии, вызывает тугоухость.

Меры защиты от шума, целью которых является снижение уровня шума до нормативного и ниже делят на три основных направления:

(1) Подавление шума в источниках его возникновения — при изготовлении машин добиваются тщательной балансировки, точности центровки и устранения зазоров и люфтов, соударяющиеся детали смазывают вязкими жидкостями.

(2) Предупреждение распространения шума — применение звукопоглощения и звукоизоляции.

(3) Строительно-архитектурные и организационные меры — санитарные защитные зоны из зелёных насаждений, упорядоченное расположение объектов разной степени шумности, планировкой зданий. Организацией правильного режима труда и отдыха на шумных производствах.

Снижение шума, создаваемого на рабочем месте внутренними источниками, а также шума проникающего извне, является очень важной задачей. Снижение шума в источнике излучения можно обеспечить применением упругих прокладок между основанием машины, прибора и опорной поверхностью. В качестве прокладок используются резина, войлок, пробка, различной конструкции амортизаторы. Под настольные шумящие аппараты можно подкладывать мягкие коврики из синтетических материалов, а под ножки столов, на которых они установлены, — прокладки из мягкой резины, войлока, толщиной 6 — 8 мм. Крепление прокладок возможно путем приклейки их к опорным частям.

Возможно также применение звукоизолирующих кожухов. Не менее важным для снижения шума в процессе эксплуатации является вопрос правильной и своевременной регулировки, смазывания и замены механических узлов шумящего оборудования. Снижение уровня шума может быть также достигнуто увеличением звукоизоляции ограждающих конструкций, уплотнением по периметру притворов окон, дверей.

Вибрация — звуковые колебания в твёрдых веществах.

Вибрация характеризуется виброскоростью, виброускорением, амплитудой. Чем больше виброскорость и виброускорение, тем опаснее вибрация. Вибрация воспринимается через место соприкосновения с вибрирующим предметом.

Различают общую (транспорт, рядом со станком) и локальную (в руках вибрирующий инструмент — электродрель) вибрацию.

Вибрация и температурный режим тесно связаны между собой. При температуре 20С связки человека несколько расслаблены и гасят вибрацию.

Способы защиты:

Размещение станочного парка на массивных фундаментах.

Смазка.

Балансировка деталей.

Индивидуальные средства защиты (рукавицы, сапоги, коврики).

Освещение — это один из наиболее важных параметров при оценке рабочего места.

Плохое освещение приводит к неправильным действиям, производственным травмам.

Основные требования к производственному освещению:

Равномерность освещения на рабочем месте;

Отсутствие блёсткости;

Освещение не должно напрямую действовать на глаз человека (абажур, отражатель);

Отсутствие мерцания, неравномерность не более 0.5%.

В помещениях, где имеются быстро перемещающиеся или вращающиеся предметы запрещается использовать люминесцентные лампы.

Освещённость зависит от рода зрительной работы:

высокоточные работы — наибольшая освещённость — 2500−3000 лк.

точные — 1800−2000 лк.

Освещение подразделяется на естественное, искусственное, смешанное (конгломерат).

Наиболее благоприятно естественное освещение.

При проектировании учитывается размер окон, как основной источник естественного освещения.

Электрический ток относится к опасным производственным факторам.

Электрический ток вызывает нагрев организма;

Вызывает реакцию разложения;

Изменяется сопротивляемость сосудов;

Вызывает паралич центральной нервной системы, нарушает проводимость нервных клеток, вызывает судорожное сжатие мышц;

Вызывает общий шок организма, останавливается сердце и полностью тормозится действие центральной нервной системы.

Чем больше величина электрического тока, тем опаснее воздействие на организм.

Существует 3 пороговых значения электрического тока:

пороговый ощутимый ток (J = 1,11 мА);

пороговый не отпускающий ток (J = 10 — 12 мА);

пороговый фибрилляционный ток (J = 50 мА). Вызывает хаотичное сокращение сердечной мышцы. После фибрилляции наступает остановка сердца.

Электрические установки, к которым относится практически все оборудование, представляют собой большую потенциальную опасность, поскольку в процессе эксплуатации или проведении профилактических работ человек может коснуться частей, находящихся под напряжением. Опасность прикосновения человека к токоведущим частям электроустановки определяется величиной протекающего через человека тока.

Основное питание осуществляется от трехфазной сети частотой 50 Гц, напряжением 380/220 В. Для питания отдельных устройств используются однофазные сети как переменного, так и постоянного тока с напряжением от 5 до 380 В.

Как показывает анализ случаев электротравматизма, двухполюсное касание встречается относительно редко, значительно чаще встречается однофазное прикосновение в изолированных и глухозаземленных сетях.

Для предотвращения электротравматизма недостаточно только организационных мер; здесь требуются также технические меры: защитное заземление, зануление, защитное отключение и т. д.

Правила по технике безопасности при монтаже и эксплуатации должны соответствовать ''Правилам технической эксплуатации электроустановок потребителей и межотраслевым правилам охраны труда при эксплуатации электроустановок потребителей'' в части, касающейся электроустановок до 1000 В.

В зависимости от категории помещения необходимо принять определенные меры, обеспечивающие достаточную электробезопасность при эксплуатации и ремонте электрооборудования. Так, в помещениях с повышенной опасностью электроинструменты, переносные светильники должны быть выполнены с двойной изоляцией или напряжение питания их не должно превышать 42 В. В особо опасных же помещениях напряжение питания переносных светильников не должно превышать 12 В. Работы без снятия напряжения на токоведущих частях и вблизи них, работы проводимые непосредственно на этих частях или при приближении к ним на расстояние менее установленного ПЭУ. К этим работам можно отнести работы по наладке отдельных узлов, блоков. При выполнении такого рода работ в электроустановках до 1000 В необходимо применение определенных технических и организационных мер, таких как:

— ограждения, расположенные вблизи рабочего места и других токоведущих частей, к которым возможно случайное прикосновение;

— работа в диэлектрических перчатках или стоя на диэлектрическом коврике;

— применение инструмента с изолирующими рукоятками, при отсутствии такого инструмента следует пользоваться диэлектрическими перчатками.

Работы этого вида должны выполнятся не менее чем двумя работниками.

В соответствии с ПТЭ и МПОТ потребителям и обслуживающему персоналу электроустановок предъявляются следующие требования :

— лица, не достигшие 18-летнего возраста, не могут быть допущены к работам в электроустановках;

— лица не должны иметь увечий и болезней, мешающих производственной работе;

— лица должны после соответствующей теоретической и практической подготовки пройти проверку знаний и иметь удостоверение на доступ к работам в электроустановках.

5.3 Расчет освещения Для определения среднего освещения применим метод коэффициента использования. При расчете этим методом минимальное освещение оценивается лишь приближенно, без выявления точек, в которых она имеет место. Среднее освещение может быть рассчитано на как угодно расположенной поверхности, но наибольшее применение этот метод находит для расчета горизонтального освещения. Метод коэффициента использования применяется для расчета общего равномерного освещения в производственных и административно-конторских бюро с использованием люминесцентных ламп и ламп накаливания.

Световой поток лампы F в люменах (для ламп накаливания и ДРЛ) или световой поток двух ламп люминесцентного светильника определяется по формуле:

где

Енвыбранная нормируемая освещенность, лк. [19];

Sплощадь помещения, м2;

Кзапкоэффициент запаса ;

Z — 1.1. 1.15 — коэффициент минимальной освещенности;

N — число светильников;

— коэффициент использования светового потока ламп, зависящий от типа светильника, коэффициентов отражения потолка п и стен с и индекса помещения i; определяется по таб.6.

Индекс помещения определяется выражением:

где

h — высота подвеса светильника над рабочей поверхностью;

А и В — длина и ширина помещения.

Подсчитав по формуле световой поток лампы, подбирают ближайшую стандартную лампу. Допускается отклонение потока выбранной лампы от расчетного до -10 и +20%.

Фактическое значение минимальной освещенности рабочей поверхности с учетом выбранной лампы подсчитывается по формуле:

.

Освещение цеха металлообработки, размеры которого, А x В x Н=80×30×10 м; hp=0,8 м (hpвысота расчетной поверхности над полом), hc=1,2 м (hc — расстояние светильника от перекрытия), выполнено лампами типа ДРЛ в светильниках РСП05/Г03.

Решение

h=H-hp-hc=10−0,8−1,2=8м;

для принятого светильника, имеющего глубокую кривую силы света (буква Г в обозначении светильника), находим значение э= La/h — энергетически наивыгоднейшее расположение, (значение э=1 принимается по таб.3 [20]). Затем определяется расстояние между светильниками:

La=э*h=1*8=8м,

при La=8м в ряду можно разместить 10 светильников, тогда

2l =80−8*9=8м, l =4м;

принимаем число рядов равное 5, тогда LB=6м (LB-расстояние между рядами). Расстояние от крайних рядов до стен будет равно 3 м.

Число светильников в цехе N=50;

по таб.5.1 принимаем п=0,7, с=0,5;

индекс помещения составит

из таб.5.10. для данного типа светильника при i=2,73 коэффициент использования =0,7.

При EH=300 лк; Кзап=1,5; Z=1,11 (таб.4.4. [22]), находим:

;

по потоку F из таб.2.15 подбираем лампу ДРЛ мощностью 700Вт со световым Fном=38 000лм (F отличается от Fном на 10,7%, что допустимо).

Заключение

Модернизация электропривода подачи токарно-винторезного станков Металлорежущий станок является одним из основных видов технологического оборудования для различной обработки деталей. Они представляют собой промышленные установки, обеспечивающие относительные перемещения металлорежущего инструмента и обрабатываемого изделия для придания изделию требуемой формы.

Данный тип станков обладает недостатками:

Недостаточная точность управления;

Низкая скорость реагирования на изменение выходной величины не позволяет точно вести режимы резания;

Высокие материальные затраты при низкой надежности.

В связи с этим в данном проекте предложена система частотного регулирования скорости привода подачи, которая позволит увеличить скорость холостого хода, сократить время обработки детали.

Применение преобразователя позволит увеличить точности поддержания выходной величины.

Повышение скорости реагирования на изменение выходной величины, позволит более точно регулировать параметры обработки металла.

Модернизация станков приведет к максимальному снижению брака в процессе работы, повысит производительность, позволит уменьшить потребление электроэнергии.

Библиографический список литературы

1. Техническая документация станка токарно-винторезного модели ФТ-11.

2. Бургин Б. Ш. Системы управления электроприводами.: НЭТИ. Новосибирск, 1991.

3. Электроприводы постоянного тока серии ЭПУ: Каталог 08.30.12−79 — М.: Информэлектро, 1980.

4. Паспорт на тиристорный электропривод серии ЭПУ1−2…Д.

5. Автоматизация типовых технологических процессов и промышленных установок. Методические указания. Новосибирск, 1997.

6. Зимин Е. Н., Кацевич В. Л., Козырев С. К. Электропривод постоянного тока с вентильными преобразователями. — М.: Энергоиздат, 1981.

7. Сандлер А. С. Электропривод и автоматизация металлорежущих станков. Учебное пособие для вузов.: М.- Высшая школа, 1972.

8. Шапиро И. Л. Электропривод тяжелых металлорежущих станков. М.: Машиностроение, 1964.