Содержание 

 
 
Введение

 

      Целью данной курсовой работы является проектирование автоматизированного электропривода толкателя методической печи.

      За  последние годы значительно выросли  требования к техническому уровню и  качеству средств и систем автоматизации. Локальные системы автоматики объединяются в системы комплексной автоматизации, создаются автоматизированные системы управления электроприводом.

      Элементы  и системы электроавтоматики, например датчики первичной информации и  системы автоматического контроля технологических параметров, осуществляющие качественное преобразование сигналов, имеют на входе и выходе разные величины. Элементы и системы электроавтоматики, например электронные, полупроводниковые, магнитные и другие усилители и автоматические регулирующие устройства, осуществляющие количественное преобразование сигналов, имеют на входе и выходе различные значения одной и той же величины.

      Элементы  и системы автоматического электропривода разнообразны и отличаются по физической природе, принципам действия, схемам, конструкциям и пр. Система электроавтоматики — это совокупность объекта управления и электрического автоматического управляющего устройства, взаимодействующих между собой. Системы и устройства электроавтоматики выполняют такие задачи, как контроль, сигнализация, блокировка, защита и автоматическое управление. Устройства автоматического контроля определяют годность продукции и правильность протекания технологического процесса, обеспечение надежной и безаварийной работы оборудования и др.

      В данном курсовом проекте разработана схема автоматизации толкателя методической печи, подобрана соответствующая аппаратура управления, контроля и защиты.

 

       1 Описание рабочей  машины и ее  технологического  процесса, исходные  данные для проектирования 

      

 

Рисунок 1 – Кинематическая схема толкателя методической печи (1- печь, 2- заготовки в печи,  3-подающий рольганг, 4-опорный ролик, 5- заготовка, 6-реечная шестерня, 7- толкатель, 8-тормозной шкив, Р- редуктор, М- электродвигатель) 

          Толкатель предназначен для подачи очередной заготовки с рольганга 3 в печь 1 и для продвижения по полу печи всех лежащих в ней заготовок 2. После подачи рольгангом заготовки толкатель находится на расстоянии b от заготовки. Включается двигатель, толкатель подходит к заготовке и под нагрузкой на рабочей скорости перемещает заготовку на расстояние L до соприкосновения её с заготовками, лежащими в печи, а затем перемещает все заготовки вместе на ширину b одной заготовки. Последняя заготовка выталкивается с печи. После чего толкатель реверсируется и на скорости возвращается в исходной положение. 
 
 

 

      

      2 Расчет моментов  статических сопротивлений  и предварительный  расчет мощности  электродвигателя 

      Предварительный расчет мощности двигателя производится приближенно, поскольку на данном этапе проектирования неизвестна полная нагрузка двигателя. На основе исходных данных могут быть достаточно близко рассчитаны лишь статические нагрузки. Динамические же нагрузки, которые в значительной степени зависят от параметров двигателя, пока еще не известны.

      Наиболее  простой метод предварительного расчета мощности двигателя основан  на учете лишь статических нагрузок. При этом для эквивалентирования нагрузки нескольких участков нагрузочного графика (различающихся как значениями сил сопротивления, так и скоростями движения рабочей машины) используется метод среднеквадратичного момента. Из сказанного ясно, что такой расчет не может дать точного результата, получается лишь ориентировочное значение мощности двигателя, подлежащее в дальнейшем проверке.

      При задании допустимого ускорения  исполнительного органа рабочей  машины представляется возможным на стадии предварительного расчета мощности двигателя определить не только статические  нагрузки, но и часть динамических нагрузок электропривода, обусловленных изменениями скорости движущихся масс рабочей машины. 

      Рассчитаем  время разгона и торможения:

      

В прямом ходе

 
 
      

      

      

 
      

      

 
 
 
      

      

      

      

 

      

      

В обратном ходе

      

       
 
       
      

 
 
 

 
 

 
 
 
 
       
 
             
 
 
 
      

Расчет статических  моментов

 
 
 
 
      

      

      

      

      

      

      

      

      

      

      

      

      

      

      

      

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
      

Расчет статических  моментов в обратном направлении

 
      

      

      

      

      

      

      

      

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
      

Расчет  моментов инерции и динамических моментов в прямом направлении

                               
      

 
      

 
 
 
      

      

 
 
 
      

      

 
 
      

 
 
      

 
 
      

      

 
 
      

      

 
 
 
        

Расчет  моментов инерции и динамических моментов в обратном направлении

 
      

      

      

      

      

      

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
      

 Расчет среднеквадратичного момента

 
 
      

      

      

      

      

      

      

      

      

      

      

      

      

      

      

      

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

      На  основе полученных данных построим тахограмму, диаграмму статических моментов и нагрузочную диаграмму моментов, по которой определим режим работы привода: 

Рисунок 2 – Тахограмма

Рисунок 3 – Нагрузочная диаграмма моментов 
 

Как видим, режим работы двигателя – повторно-кратковременный  с   

 

3 Обоснование выбора  рода тока и  типа электропривода  

      Выбор рода тока и типа электропривода целесообразно производить на основе рассмотрения и сравнения технико-экономических показателей ряда вариантов, удовлетворяющих техническим требованиям данной рабочей машины.

      На  основании исходных данных и требований, предъявляемых к электроприводу, необходимо выбрать вариант электропривода, способный полностью выполнить требования и быть одновременно максимально экономичным.

      "Правила  устройства электроустановок" рекомендуют  выбирать двигатель следующим  образом: 

      Для привода механизмов, имеющих тяжелые условия пуска или работы либо требующих изменения частоты вращения, следует применять электродвигатели с наиболее простыми и экономичными методами пуска или регулирования частоты вращения, возможными в данной установке.

      Электродвигатели постоянного тока допускается применять только в тех случаях, когда электродвигатели переменного тока не обеспечивают требуемых характеристик механизма либо не экономичны.

      Двигатели постоянного тока сложнее по конструкции, стоимость их выше, обслуживание тоже требует больших затрат. При повторно-кратковременном режиме работы с частыми пусками и торможениями рационально использовать двигатели повышенного скольжения.

 

4 Выбор электродвигателя, определение передаточного  числа и выбор  редуктора 

Мощность двигателя может быть определена по соотношению

 

где k₁  - коэффициент, учитывающий динамические нагрузки, обусловленные вращающимися элементами электропривода (двигатель, редуктор), а также потери мощности в редукторе.

      Величина  k₁ зависит от отношения времени переходных процессов к времени установившегося движения электропривода, а также от отношения максимальных моментов рабочей машины к статическим моментам. Для данного случая, коэффициент k₁ можем принять равным 1.;

      v_о     - основная скорость движения, м/ с;

      D     - диаметр шестерни выходного вала редуктора, м;

      ПВ_ф - фактическое значение относительной продолжительности включения проектируемого электропривода;

      ПВ_кат - ближайшее к ПВ_ф каталожное значение относительной продолжительности включения для электродвигателей выбранной серии.

      Фактическое значение относительной продолжительности  включения ПВ_ф рассчитывается по длительности времени работы t_k на всех m участках движения и заданному времени цикла

      

,

      где   Z - число циклов работы машины в час;

      

      Длительность  работы t_k на каждом k - м участке определена выше.

 
 

 

 
 
 
 
 
 
 
 

          Выберем двигатель серии Д

      Двигатели данного типа характеризуются высокой кратностью пусковых и максимальных моментов, широким диапазоном регулирования частоты вращения, а также длительным сроком службы и высокими показателями надежности. Для механизмов с большим числом включений (до 2000 в час), с целю повышения динамических показателей привода и уменьшения расхода энергии, рекомендуется применять тихоходные двигатели с относительно пониженной частотой вращения; для механизмов с числом включений до 300 в час. 

Двигатель Д816 

Характеристики: 

климатическое исполнение  У, УХЛ, Т 

группа механических воздействий  М3

категория размещения - 1 или 2 (для экспорта и по отдельному заказу)

допустимый уровень  шума - по 1 или 2 классу

класс защиты по электробезопасности - 01, ГОСТ 12.2.007-75

степень защиты IP23, IP44, IP54

класс изоляции двигателей - Н, ГОСТ 8865-93

степень защиты клеммной коробки (при ее наличии) - IP56

способ охлаждения - с независимой вентиляцией IC16, IC17 (ГОСТ 20459-87) или с естественной вентиляцией IC30 (ГОСТ 20459-87) 

Тип двигателя  Д816 

Высота оси  вращения, мм  325 

Мощность, кВт 85 

Ток, А  430 

Частота вращения, об/мин 800 

 

 

 
 
 
 
 

 
 

Выбор редуктора

Передаточное  число редуктора определяется по номинальной скорости

вращения выбранного двигателя ω_н и основной скорости движения исполнительного органа v_о по формуле

     где D – диаметр колеса (ролика, шкива и т.п.), находящегося на выходном валу редуктора и преобразующего вращение вала в поступательное движение исполнительного органа рабочей машины.

     Редуктор  выбирают по справочнику, исходя из требуемого передаточного числа, заданного  значения номинальной мощности (или  моментов на тихоходном и быстроходном валу) и скорости выбранного двигателя  с учетом характера нагрузки (режима работы) РО, для которого проектируется электропривод.

     Выбранный редуктор должен иметь передаточное число равное или несколько меньшее  расчетного значения. При передаточном числе, превышающем расчетное значение, скорость на валу рабочего органа не достигнет заданного значения, что приведет к снижению производительности рабочей машины.

     Режим работы редуктора следует принимать  “тяжелый”.

     

     

 

 

 
 
 
 
 

      Выберем редуктор 1Ц2У-355Н

      Редукторы 1Ц2У-Н зубчатые цилиндрические двухступенчатые узкие горизонтальные общего назначения служат для увеличения крутящих моментов и уменьшения частоты вращения. Редукторы применяются в районах с умеренным климатом (исполнение У), сухим и влажным тропическим климатом (исполнение Т), категорий размещения 1, 2, 3, 4 (работа на открытом воздухе под навесом, в закрытых помещениях и помещениях с регулируемым климатом).

      Условия применения редукторов цилиндрических Ц2У-315Н, Ц2У-355Н, Ц2У-400Н

      - нагрузка постоянная и переменная, одного направления и реверсивная;

      - работа постоянная и с периодическими  остановками; 

      - вращение валов в любую сторону,  частота вращения быстроходного  вала до 1500 об/мин  
 

      Термическая мощность, кВт -  80

      Допускаемая радиальная консольная нагрузка, Н – 22400

 

       5 Расчет приведенных статических моментов, моментов инерции и коэффициента жесткости системы электропривод - рабочая машина 

     На  этапе предварительного расчета  мощности электродвигателя по заданным техническим показателям рабочей  машины были рассчитаны статические  и динамические моменты рабочей машины. После выбора двигателя и редуктора, когда известны передаточное число, коэффициент полезного действия КПД редуктора, статические моменты рабочей машины, приведенные к валу двигателя, рассчитываются по формуле 

 
 
 
     

 
 
 

     С учетом потерь в редукторе статические моменты на валу рассчитывают в зависимости от режима работы электропривода.

Статический момент на валу в двигательном режиме

 
 
 
      

 
 

      где - КПД редуктора. 

     При уточненных расчетах установившихся и  переходных режимов работы электропривода необходимо также учитывать момент потерь холостого хода (момент постоянных потерь) двигателя, который покрывается за счет электромагнитного момента двигателя.

                           

                                       

                                       

                                       

                                        

      

 
      

 
 
      

      

 
 
      

      

 
 
      

      

 
 
 
 
 
 
 

      При этом в статическом моменте учитываются  не только силы сопротивления движению в рабочей машине, но также и потери в редукторе, и механические потери в двигателе.

      Суммарный приведенный к валу двигателя  момент инерции системы может  быть рассчитан по соотношению

 
 
            

 
      

 
 
 
      

      

 
 
 
 
 

      Приведенную к валу двигателя жесткость упругой  механической связи определяют через значение крутильной жесткости рабочего вала (упругой муфты) по формуле:

                        

      

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

      6 Проверка двигателя  по производительности, нагреву, перегрузочной  способности и  условиям пуска 

      Используя выбранные выше значения пусковых и тормозных моментов, скоростей установившихся режимов и возможности выбранной схемы управления двигателем, рассчитываем:

      – время переходных процессов 

      Для приближенного расчета времени  переходного процесса оценивают средний момент двигателя М_ср :

      Средний момент при реостатном пуске и торможении

 
      

 
 
 
      

 
 
      

 
      

 
 
 
      

 
      

      

 
 
 
 

      Время переходных процессов при пуске

      

 
      

 
 
 
 

      Время переходных процессов при торможении

                                        

 
      

 
 
 
      

 
      

 
 
 

      Угол поворота вала двигателя за время переходного процесса

      - при пуске

                                         
 
 
 

 

 
 
 
 

        - при торможении 
 

      

      

 
 
 
 

          Проверка двигателя по производительности заключается в сравнении суммарного фактического времени работы электропривода в цикле с заданным значением времени работы в исходных данных для проектирования.