Электропривод главного движения горизонтально-расточного станка 2670

Задание.

Электропривод главного движения горизонтально-расточного станка 2670.

1. Технические данные станка.

 
 

2.       Электропривод шпинделя
1. Реверсивный двухкомплектный тиристорный электропривод с двухзонным регулированием скорости

 

3.       Электропривод подачи шпинделя
1. Реверсивный частотно-регулируемый электропривод

 

4.       Система управления электрооборудованием  станка
1. Релейно-контакторная схема

 

5.       Графическая часть проекта 
1. Принципиальная схема электрооборудования станка

 

6.       Перечень вопросов подлежащих  разработке
1. Описание технологии металлообработки и конструкции станка
2. Расчет мощности и выбор электродвигателей главного движения и подачи
3. Выбор электроприводов
4. Разработка схемы  управления электрооборудованием станка, описание работы схемы
5. Выбор аппаратов, составление перечня элементов

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Содержание: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1. Описание  технологии металлообработки и конструкции  станка.

     Станок предназначен для обработки заготовок больших размеров и массы. Станок (рис.1) имеет неподвижную переднюю стойку 3, установленную на основании 11. на направляющих стойки может перемещаться вверх-вниз шпиндельная бабка 7 с расточным шпинделем 6 и планшайбой 5. на направляющих основания расположены салазки 10, а на них стол 9, который может перемещаться в продольном и поперечном направлениях относительно оси шпинделя и совершать круговое движение.

Рисунок 1. Универсальный  горизонтально-расточной станок

1,3 – стойки;

2 – люнет;

4 – суппорт;

5 – планшайба;

6 – шпиндель;

7 – шпиндельная  бабка;

8 – пульт;

9 – стол;

10 – салазки;

11 – основание.

   На  основании установлена задняя стойка 1 с люнетом 2, предназначенным для дополнительной опоры конца борштанги при растачивании длинных отверстий. На планшайбе в радиальных направляющих смонтирован суппорт 4, обеспечивающий обработку резцом плоских поверхностей и выточек. Управление станком осуществляется с пульта 8. координаты перемещения шпиндельной бабки, люнета, задней стойки и стола  

отсчитываются по лимбам или с помощью навесных оптических устройств (с точностью  до 0,01 мм).

    Главное движение в расточных станках – вращение шпинделя или планшайбы с инструментом. Вспомогательное движение – вертикальное перемещение шпиндельной бабки.

   Привод  главного движения выполняется от регулируемого  двигателя постоянного тока, позволяющего упростить конструкцию шпиндельной  бабки и изменять режим работы станка в процессе резания.

   Привод  главного движения должен обеспечивать устойчивый процесс резания при  обработке изделий неравномерным  припуском. Для получения наибольшей производительности нужно осуществлять регулирование в большей части  диапазона с постоянной мощностью; в зоне низких скоростей регулирование скорости вращения шпинделя при постоянном моменте, то есть производиться двухзонное регулирование.

Движением подачи является продольное и поперечное перемещение  передней стойки, продольное перемещение  шпинделя с инструментом, шпиндельной бабки и суппорта.

   Двигатели подачи делятся на две группы:

- для подачи  шпиндельной бабки, шпинделя и  суппорта;

- для подачи  стойки «поперек» и «вдоль».

   В электродвигателях  подач перемещение инструмента  или изделия осуществляется различными способами, но наибольшее распространение получил привод с ходовым винтом. Вращательное движение электродвигателя передается через редуктор на ходовой винт и через гайку, закрепленную на столе или суппорте, преобразуется в поступательное движение подачи.

   В качестве привода подачи в последнее время  начали использовать частотно-регулируемый электропривод. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

   

2. Расчет  мощности и выбор  электродвигателей.

 

   

2.1 Главного движения 

   При вращательном главном движении полезная мощность на шпинделе двигателя рассчитывается по формуле:

                                                                                                   (2.1)                                                                                     

   Где - максимальная величина крутящего момента на шпинделе;

    - угловая скорость вращения  шпинделя.

                                                                                                             (2.2)                                                                                                                    

   Так как  редуктор привода шпинделя имеет  три передачи, то расчет ведется  по формуле (2.1) по каждой передаче, при  максимальной скорости на этой передаче:

    (Вт);

    (Вт);

    (Вт).

   где

     ( );

    ( );

      ( ).

   Из  полученных значений мощностей выбираем максимальное ( Вт), которое в дальнейшем будем использовать при расчетах.

   Мощность  на шпинделе станка определяет полезную мощность на валу двигателя:

    (Вт);                                                                 (2.3)

   Где - коэффициент полезного действия привода шпинделя.

   Определяем  максимальную угловую скорость на валу двигателя:

    ( )                                                            (2.4)

   Расчетная максимальная частота вращения двигателя:

    (об/мин)                                                 (2.5)

   Исходя  из расчетных данных предварительно выбираем двигатель постоянного тока типа  2ПН280МГУХЛ4, кВт, об/мин, об/мин. 
 
 
 

    Проверяем предварительно выбранный двигатель по моменту. Для этого определим статический момент на шпинделе:

    (Нм)                                                              (2.6)

    (Нм)                                                               (2.7)

    (Нм)                                                               (2.8)

   Из  полученных значений выбираем максимальное (Нм). Номинальный момент двигателя:

    (Нм)                                                                     (2.9)

   Где ( ).

   Условие > выполняется, следовательно данный двигатель подходит по моменту.

   Так как  номинальная частота выбранного двигателя меньше расчетной, применим двухзонное регулирование. Частота вращения регулируется изменением напряжения на якоре (в сторону уменьшения) и ослаблением потока возбуждения (в сторону повышения). Максимальная частота вращения двигателя больше расчетной, следовательно, данный двигатель подходит по частоте.

   Окончательно  выбираем электродвигатель 2ПН280МГУХЛ4, по исполнению защищенный с самовентиляцией. Двигатель выполнен с тахогенератором  типа ТС1. тахогенератор имеет закрытое встроенное исполнение (якорь генератора жестко закреплен на валу якоря ДПТ). Возбуждение тахогенератора – от постоянных магнитов. Крутизна напряжения тахогенератора 0,033 В/(об/мин), нагрузочное сопротивление – не менее        2 кОм.

   Основные  параметры электродвигателя 2ПН280МГУХЛ4:

   Номинальная мощность кВт;

   Номинальное напряжение В;

   Номинальный ток  А;

   Номинальная частота вращения об/мин;

   Максимальная  частота вращения об/мин;

   Коэффициент полезного действия 88,5%;

   Сопротивление обмотки якоря  Ом;

   Сопротивление обмотки добавочных полюсов  Ом;

   Сопротивление обмотки возбуждения  Ом;

   Максимальный  ток якоря

   Момент  инерции двигателя  кг*м^2 

Число пар  полюсов 2р=4

Номинальное напряжение обмотки возбуждения  В;

Класс изоляции двигателя В;

Степень защиты от воздействия окружающей среды IP22;

Способ охлаждения ICO1. 

Рассчитаем диапазон регулирования скорости. Для этого  определяем минимальную частоту  вращения двигателя на всех ступенях и выбираем из них наименьшую:

(об/мин)                                                                                    (2.10)

(об/мин);

(об/мин);

(об/мин).

Аналогично находим  максимальную частоту вращения двигателя:

(об/мин)                                                                                  (2.11)

(об/мин);

(об/мин);

(об/мин).

Диапазон регулирования  скорости двигателя:

Получаем диапазон регулирования 1-9. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    2.2 Расчет мощности  и выбор электродвигателя  подачи шпинделя. 

   При поступательном движении статический момент нагрузки на валу двигателя определяется по формуле:

                                                                                                  (2.13)

   где - максимальное тяговое усилие к валу двигателя кинематической цепи подачи шпинделя;

    - коэффициент полезного действия кинематической цепи подачи шпинделя.

   Гайка ходового винта через червячную  передачу перемещается на 2 миллиметра за 10 оборотов винта, то есть на 0,2 мм/об. Из этих данных определяется радиус приведения усилия к валу двигателя:

    (м/рад)                                                            (2.14)

   Определяем  полезную мощность на валу двигателя:

                                                                                                  (2.15)

   Где - угловая скорость вращения вала двигателя подачи ( );

    ( )                                                      (2.16)

   Где - угловая скорость вращения холостого винта ( );

    ( )                                                       (2.17)

   Где - максимальная линейная скорость подачи шпинделя (мм/мин);

    - продольное перемещение шпинделя (мм);

    - передаточное число редуктора  цепи подачи шпинделя.

    (Нм);

    (Вт);

    (об/мин).

   Выбираем асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором типа 4А71А2У3.

   Основные  параметры электродвигателя 4А71А2У3:

   Номинальная мощность кВт;

   Синхронная  частота вращения об/мин;

   Коэффициент полезного действия 77%;

    ;

    Ом;

     Ом;

    Ом; 

    Ом;

     Ом;

   Кратность пускового момента  ;

   Кратность максимального момента ;

   Кратность критического момента  ;

   Момент  инерции ротора кг*м^2;

   Скорость  нарастания температуры обмотки статора ;

   Длительность пуска 0,06 с;

   Предельно допускаемое число пусков в час 3800;

   Номинальное скольжение ;

   Критическое скольжение ;

   Номинальный ток  А;

   Пусковой  ток  А;

   Исполнение по степени защиты IP44;

   Число полюсов 2;

   Станина и щиты алюминиевые.

    

   Расчет  диапазона скорости вращения двигателя:

   Минимальная скорость вращения:

     ( ); 

   Минимальная частота вращения:

    (об/мин);

   Максимальная  скорость вращения:

     ( ); 

   Максимальная  частота вращения:

   

   Диапазон  регулирования скорости двигателя:

   

   Получаем  диапазон регулирования 1-102. 
 
 
 
 
 
 
 

3. Выбор электропривода, расчет и выбор элементов корриктирущих звеньев привода главного движения.

   Выбираем  преобразователь частоты Altivar ATV61HD90N4. Ниже приведены его параметры. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Привод главного движения должен обеспечивать устойчивый процесс резаний при обработке изделий с неравномерным припуском. Для получения наибольшей производительности, регулирование в большей части диапазона с постоянной мощностью; в зоне низких скоростей регулирование скорости производиться при постоянном моменте, то есть производиться электрическое регулирование. Также привод должен обеспечивать необходимый диапазон регулирования    . Исходя из расчетных данных выбираем электропривод ЭПУ 1 М-2-46 2 7Д УХЛ4. 

Устройства ЭПУ представляют собой тиристорные преобразователи с системой управления тиристорами, набором регуляторов, устройств защиты, источников питания, в том числе обмотки возбуждения двигателя.

В тиристорное  устройство входят:

1. собственно устройство управления;
2. возбудитель для питания обмотки возбуждения;
3. силовой автоматический выключатель;
4. токоограничивающий реактор;
5. коммутационный реактор для тиристорного преобразователя обмотки возбуждения.

В силовую часть  преобразователя входят два силовых  выпрямителя, сглаживающий дроссель и токоограничивающий реактор.

В систему управления реверсивным тиристорным преобразователем с раздельным управлением входят узлы, осуществляющие: формирование необходимого для работы комплекта вентилей, его  блокировку при наличии тока в  силовой цепи и отсчет паузы при переключении комплектов.

В данном преобразователе  применена многоканальная синхронная СИФУ с вертикальным принципом управления и пилообразным опорным напряжением. В преобразователях с раздельным управлением комплекты работают поочередно, не накладываясь во времени. На интервале работы каждого комплекта в канале СИФУ идет формирование управляющих импульсов только на два тиристора (на фазный и на противофазный) именно этого рабочего комплекта.

Количество каналов  – три, то есть в каждом канале формируются управляющие импульсы для тиристоров, подключенных к одной фазе. Диаграммы работы фазного и противофазного тиристоров в статическом режиме сдвинуты на , что позволяет при пилообразном опорном напряжении использовать один узел генератора развертывающего напряжения в каждом канале СИФУ, запуская его дважды синхронизирующими импульсами.

Для организации  принципа раздельного управления комплектами  реверсивного вентильного преобразователя  необходим логический сигнал об отсутствии тока в силовой цепи. Формирование этого сигнала осуществляет датчик проводимости вентилей (контроль отсутствия тока косвенный – по напряжению на силовых тиристорах).

В преобразователе  ЭПУ питание всех функциональных частей осуществляется от источника питания, включающего трансформатор и блок питания. Непосредственно блок питания содержит диодные выпрямители, фильтровые конденсаторы, два параметрических стабилизатора напряжения. Для контроля напряжения в питающей цепи в блоке питания алгебраически суммируются (с разными коэффициентами передачи) неотфильтрованное напряжение +24 В и отфильтрованное -12 В. Результирующий сигнал поступает в узел защиты и блокировки.

Узел защиты и блокировки обеспечивает защиту преобразователя:

1. от чрезмерно больших токов (максимально-токовая защита);
2. от длительной перегрузки по току (тепловая защита);
3. при понижении напряжения в питающей сети. Кроме того, узел осуществляет следующую блокировку: запрещает формирование управляющих импульсов в СИФУ, а также шунтирует цепи обратных связей регуляторов тока и скорости при отсутствии внешней команды «Деблокировка». Тем самым обеспечивается бестоковое сотояние преобразователя и нулевые начальные состояния регуляторов;
4. защита от ухудшения условий охлаждения в устройствах с принудительным охлаждением.

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Выбор трансформатора.

Учитывая нужные параметры выбираем трехфазный трансформатор. Тип –ТСЗП-200/0,7 УЗ,

Где Т – трехфазный;

С – охлаждение естественное воздушное;

П – для питания  тиристорных преобразователей;

0,7 – класс  напряжения сетевой обмотки в  кВ;

УЗ – климатическое  исполнение.

Параметры выбранного трансформатора:

В – действующее значение напряжения первичной фазной обмотки трансформатора;

 В – фазное напряжение вентильной обмотки;

- напряжение  короткого замыкания;

 В – потери в режиме короткого замыкания. 

Выбор сглаживающего  реактора.

Сглаживающий  дроссель:

ФРОС-65/0,5;

 мГн – индуктивность сглаживающего дросселя;

 Вт – потери в меди  при номинальном выпрямленном  токе. 

Выбор шунтов.

Шунт в цепи якоря выбираем из условия, чтобы  его номинальный ток  был не меньше номинального тока электродвигателя, но по возможности близким к нему: . Номинальный ток двигателя А, т.о. выбираем шунт типа ШСМ на номинальный ток А и номинальное напряжение мВ.