Круглопильные станки для продольного раскроя

                                                            Введение 

      Для производства изделий из  древесины необходим материал в виде досок, листов фанеры и древесных плит, требуется предварительно сделать заготовки. Эту технологическую операцию выполняют на круглопильных станках. Главными параметрами является небольшая ширина и наибольшая длина распиливаемого материала. Эти размеры определяют габаритные размеры станка  и расстояние между опорными элементами.

      По расположению пилы относительно  распиливаемого материала различают станки для поперечного, продольного и смешанного раскроя.

      На круглопильных станках для поперечного раскроя производят торцевание досок и брусковых заготовок. Станки бывают одна или многопильные. На многопильных станках можно выпиливать одновременно несколько пробных заготовок. В одних конструкциях станков заготовку подают на пилу, в других - наоборот.

     На круглопильных станках для продольного раскроя осуществляют продольный раскрой пиломатериалов и заготовок. Выпиловка из одной широкой заготовки за один проход одновременно несколько брусков или реек, выполняется на многопильных станках. Пильные валы этих станков могут иметь две, три, пять и более пил.

      В данном курсовом проекте производим модернизацию электрооборудования торцовочного деревообрабатывающего станка модели ЦКБ40-01. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 
 
 
 

                          1 ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

 

     1.1Назначение  и технические данные станка 

    Станок торцовочной модели ЦКБ-40-01  предназначен для поперечной                                                       распиловки пиломатериалов в  специализированных цехах деревообрабатывающих предприятий.

Основные технические  данные станка приведены в таблице 1. 

Таблица 1

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

                      1.2 Расчет технологических мощностей 

     Скорость  резания по паспорту, v, составляет 60 м/с. Определяем скорость подачи U по формуле: 

     U=U_z•n∙Z/1000     (1)

       

где Uz- подача на один зуб в мм. Принимаем по [4] Uz=0,8 мм/зуб

         n- число оборотов пилы в минуту. Принимаем по паспорту n=60об/мин

      Полученные значения подставляем в формулу (1). 

U=1•1000•60/1000=60 м/мин 

Определяем мощность резания P_z ,кВт, по формуле: 

     P_z=k•b•h•u/60•102η                                      (2) 

где b-ширина срезаемого слоя древесины в мм. По паспорту принимаем b= 4мм .

      h-суммарная высота срезаемого слоя древесины в мм. По паспорту принимаем h=150мм.

      U - скорость подачи, м/мин;

       η - коэффициент полезного действия механизма резания. Принимаем

 η =0,8

       Полученные значения подставляем в формулу (2): 

P_z=1,05•4•150•60/60•10² =6,3 кВт 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

                           2 ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ 

   2.1 Схема  управления и ее элементы до модернизации.

  

  Схему электрическую  принципиальную до модернизации покажем на рисунке 1. 

 

Рисунок 1 

Основные  данные элементов схемы представлены в таблице 2. 

Таблица 2

 
 
 
 

2.2 Анализ  системы электропривода и схемы управления 

     В качестве привода пильного вала  используется трехфазный асинхронный двигатель 4A132S4Y3 напряжением 380 В, при частоте питающей сети 50 Гц, мощность 7.0 кВт.

      В качестве привода гидронасоса используется трехфазный асинхронный двигатель 4А90L4Y3 напряжением 380 В, при частоте питающей сети 50 Гц, мощность 2.2 кВт.

     В электрической схеме используют следующие напряжения:

     

силовая цепь – 380 В, 50 Гц;

цепь управления-110 В , 50Гц;

цепь местного освещения-24В, 50Гц;

     Электрическая схема станка релейно-контакторного типа обладает следующими недостатками:

-большое потребление электрической энергии катушкой пускателя;

-большое число релейно-контактных элементов, которые снижают надёжность схемы;

-возможность выгорания контактов;

-плохая работа в условиях запылённости и загрязнённости;

-низкое быстродействие;

-контактные аппараты нуждаются в систематическом уходе;

-большие габариты и вес аппаратов.

      Все вышеизложенное вызывает необходимость  модернизации данной схемы. 
 

                       2.3 Предложения по модернизации 

     Для модернизации используем следующие предложения:

- заменяем магнитный пускатель КМ1 на нереверсивный тиристорный пускатель;

- заменяем двигатели старых серий на электродвигатели серии АИР;

- схему управления переводим на 24В постоянного напряжения, что увеличивает надёжность и безопасность схемы, а также снижает энергопотребление. Для этого от одного трансформатора запитываем цепь местного освещения и, через диодный мост, запитываем цепь управления.

- предусматриваем способ динамического торможения М1, для чего дополнительно устанавливаем трансформатор, выпрямительный мост, контактор и кнопку4

- устанавливаем  энергосберегающую лампу местного  освещения;

- все остальные электрические аппараты устаревших серий заменяем на новые, которые более надежны и удобны в монтаже. 
 

                    

     2.4 Выбор электродвигателей 

     Выбор электродвигателей  производим по условиям:

-конструктивному  исполнению;

-степени защиты  от воздействия окружающей среды;

-роду тока  и напряжения;

-частоте;

-мощности.

     Выбор электродвигателя привода главного двигателя производим по условиям:

     Р_ном≥ Р_z/n_ст           (3)            

     n_ном≈n_мех         

где:

Р_ном–номинальная мощность двигателя, кВт.

η_ст- коэффициент полезного действия станка. По[4] принимаем η_ст=0.85 о.е

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

n_мех– частота вращения вала механизма, мин^-1 ,по паспортным данным принимаем n_мех=1440мин^-1 .

     По  формуле  (3) определяем мощность электродвигателя: 

P_ном≥6,3/0,85=7,4 кВт

 

По [1, с. 110] выбираем электродвигатель:АИР132S4, Р_ном =7,5 кВт;n=1500 об/мин; η=0,875; соsφ=0,86; I_п/I_н=7,5.

     Исходя  из паспортных данных, определяем мощность двигателя гидронасоса:

     По  [1,с.109] выбираем электродвигатель:АИР90L4, P_ном=2,2 кВт; n=1500 об/мин; η=0,81; соsφ=0,83; I_п/I_н=6,5. 

Номинальный ток  ЭД пильного вала находим по формуле: 

I_ном= Р_ном/√3•U_ном•сosφ_ном•η_ном,    (4) 

где U_ном - номинальное напряжение электродвигателя кВ;

 cos_ном – номинальный коэффициент активной мощности электродвигателя η_ном - номинальный коэффициент полезного действия электродвигателя

По формуле (4): 

 I_ном =7,4/√3∙0.86∙0,875=15,1А            

Пусковой ток  данного электродвигателя I_п, А, находим по формуле: 
 

     I_п=I_ном∙I_п/I_ном     (5) 

где I_п/I_ном – кратность пускового тока электродвигателя.

По формуле (5) определяем:

 

I_п=15,1∙7,5=113,2 А 

      Расчет  токов электродвигателя гидронасоса аналогичен. Полученные данные заносим в таблицу 4.

Таблица 4

            2.5 Разработка схемы управления и описание ее работы 

     Схема предусматривает дистационное управление приводами пильного вала и гидронасоса. Пуск станка осуществляется кнопкой SB1, которая замыкает цепь питания магнитного пускателя КМ1. Замыкающим контактом блокируется пусковая кнопка SB1, контакты которого замыкают цепь управления соответствующими тиристорами. После замыкания контакта KV1 положительная полуволна напряжения сети приложена к аноду тиристора VS1. Тогда ток управления, отпирающий этот тиристор, пройдет через диод VD1, контакт KV1, резистор R1, управляющий электрод тиристора VS1. Тиристор открывается и  пропускает ток к приемнику, а цепь управления шунтируется. При переходе тока через нуль тиристор VS1 закрывается. Следующая полуволна напряжения будет положительной для тиристора VS2, ток управления протекает через VD2,R1,KV1 и управляющий электрод тиристора VS2 и тиристор VS2 открывается. Таким образом, к токоприемнику проходит ток  прямого и обратного направлений. Аналогично протекает ток и в фазах B и C и подключается электродвигатель M1 привода пильного вала  и М2 –привода гидронасоса. Блок токовой защиты  БЗ воздействует на схему управления реле КМ2 , запирая транзистор VT при увеличении тока свыше допустимых значений. Перемещение прижима пилы осуществляется нажатием кнопок  управления SB3, электромагнит отключается, при этом пила опускается в нижнее положение , а прижим опускается . Остановка станка осуществляется кнопкой SB2.1,катушкаКМ1 теряет питание и двигатель М1 останавливается, одновременно замыкается контакт кнопки SB2.2 запитывается катушка контактора КМ2. Контакт КМ2 подключает диодный мост VD5-VD8 и подключает двигатель М1 к постоянному напряжению. Двигатель М1 быстро останавливается.

     Блокировка, сигализация, защита. Пуск станка невозможен при открытой дверке, открывающей доступ к пиле. Контролируется конечным выключателем SQ1/

     C помощью конечного выключателя SQ2, осуществляется блокировка дверок электрошкафа. При открывании дверок электрошкафа во время работы происходит отключение вводного автомата, а значит и всего электрооборудования. При открытых дверках электрошкафа станок может запустить только электрик для осуществления ремонтных и наладочных работ.

     О готовности станка к работе сигнализирует  лампа HL расположенная на панели пульта управления.

     Защита  электродвигателей М1 и М2 от токов  кароткого замыкания осуществляется автоматическими выключателями QF1 и QF2. Защита обмоток трансформатора от токов кароткого замыкания осуществляется предохранителями FU1, FU2, FU3,FU4. 

                    

 

          2.6   Выбор элементов схемы 

Выбор тиристорных  пускателей производим по условиям:

-напряжению:    

         U_ном.п≥380 В (6)

-по току:

         I_пуск≥I_ном.эд,        

          I_пуск≥15,1А 

-по конструкции: реверсивный и нереверсивный.

   Для двигателя  пильного вала по  выбираем нереверсивный тиристорный пускатель модели ПБТ 16/380-11000-0   УХЛ 4 с I_ном=16А, P_ном=10 Вт  такой пускатель защищает электродвигатель от перегрузки и обрыва фазы, обладает высокой надежностью. Плавный пуск позволяет исключить снижение напряжения при пуске мощных электродвигателей.

    Выбор  электромагнита YA производим по условиям:

-по напряжению: 

                              U_{ном.эл.м}≥24В 

-по ходу якоря;

-по тяговому  усилию: 18Н.

По[2] выбираем электромагнит типа ЭМ-24-4 с тяговым усилием 18Н, ход якоря 2,5мм; P_ном=30Вт;

    Выбор  контактора КМ2 производим по  условиям:

-по напряжению: 

                              U_ном.к≥24В; 

-по номинальному  току контактов: 

                              I_ном.к≥ I_ном.эд 

                              I_ном.к.в≥ 15,1 А; 

    По  [2, с. 24] выбираем контактор типа ИП1 с I _ном=10А,U_ном=110В,

P_ном=20Вт. 

    Выбор  кнопки SB2 производим по условиям:

-по конструктивному  исполнению,

-по количеству  и виду контактов:1-замыкающийи, 1-размыкающий;

-по напряжению: 

                              U_ном≥U_ц.у,

 

                              U_ном≥24В 

-по току контактов:

                              I_ном≥I_дл, 

                              I_ном.к.≥0,83А. 

По[2] выбираем кнопку типа КЕ021исп.2 с грибовидным толкателем.

   Выбор  кнопок SB1,SB3 аналогичен.

По[2] выбираем кнопку типа КЕ011 исполнения 4.

   Выбор  конечных выключателей SQ1, SQ2 производим по условию:

-по конструктивному  исполнению,

-по количеству  и виду контактов,

-по напряжению: 

                              U_ном.кв.≥U_ц.укр.,

-по току контактов: 

                              I_ном.кв≥∑Р/U_ц.у=0,4А

По[2] выбираем конечный выключатель типа ВПК21-10 с I_ном=10А.            

-по конструкции:  рычаг с роликом.

Конечный выключатель  SQ2 выбираем аналогичной модели.

   Выбор  лампы местного освещения производится  по условиям:

-по мощности:

                              P_л≥13Вт, 

-по номинальному  напряжению: 

                              U_ном.л≥110В  

По[9] КЛЛ2U 13Вт-Е2727.

   Выбор  сигнальной светодиодной лампы  производим по условию:

-по цвету  свечения: зеленая;

-по конструктивному  исполнению.

По [2] выбираем светосигнальную лампу модели СКЛ 16,3А-ЛП-1; P_ном=2Вт. 

   Выбор  переключателя для лампы освещения  по условию:

- по назначению: в схемах автоматики и электроприводов;

-по напряжению:

                              U_{ном,пер}≥110В; 

-по току контактов  переключателя: 

                              I_{ном,пер≥}≥Р_л/Ц_у=13/110=0,12А. 

По  [1, с.151] выбираем переключатель марки ПК У-3-11 с I_ном=10А.

    Выбор диодов мостового выпрямителя для питания цепи управления производится после выбора всех элементов схемы управления. Выбор производится по условиям:

-по обратному  напряжению: 

                              U_обр≥1,57      (7), 

-по прямому  току:

                               I_доп.пр≥0,5I_d,     (8), 

где I_d –ток нагрузки диодов,

Ток нагрузки диодов  определяем по формуле: 

                              I_d=∑P_нагр/U_ц,у     (9,) 

Где  ∑P_нагр- сумма активных мощностей потребителей цепи управления, Вт.

     По  условию (7),(8).(9): 

                              I_d=10+20+30+2/24=2,6А, 

                               U_обр≥1,57•24=37,68В 

                               I_доп,пр≥0,5•2,6=1,3А. 

По [6] выбираем диоды VD1-VD4 марки 2Д2000Д с U_обр=400В и I_доп.пр=3А. 

      Выбор диодов цепи динамического  торможения производим по условиям: 

     U_обр≥2,09•U_c , 

                              I_пр.доп≥2/3•I_упр, 

                              U_обр≥2,09•380=794,2В, 

                              I_пр.доп≥2/3•0,42=0,28А. 

По [6] выбираем диоды VD5-VD8 марки КД 105Г С I_пр.доп=0,3А, U_обр=800В.

     Выбор  понижающего трансформатора TV2 для питания цепей управления, местного освещения и производим по условиям:

-по напряжению  обмоток: 

                              U_ном.2мо=U_ц.м.о,  (10) 

                              U_ном.2с≤Uц_.с,     (11) 

                              U_ном.1тр≥U_c,       (12) 

                              U_ном.2тр≥U_ц.у ;               (13) 

-по мощности  трансформатора: 

                              S_ном.тр≥S_расч.                (14) 

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

       U_ном.2тр- номинальное напряжение вторичной обмотки питания выпрямителя, В,

       U_ном.2с- номинальное напряжения вторичной обмотки питания сигнализации, В,

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

       S_ном.тр- номинальная мощность трансформатора, ВА,

       S_расч1-полная расчетная нагрузка первичной обмотки трансформатора ВА,

 Расчетную  нагрузку трансформатора определяем  по формуле:

                              S_расч1=S₂/η_тр , 

где S₂ –сумарная полная мощность нагрузки вторичных обмоток, ВА,

        η_тр –коэффициент полезного действия трансформатора, о.е.

Суммарную мощность нагрузки в общем случае определяем по формуле: 

                              S₂=I_d•U_ц.у+I_л.м.о•U_{ном.л.м.о} , 

где   I_л.м.о –ток лампы местного освещения, А;

Определяем суммарную мощность нагрузки: 

                              S₂=2,6•24+0,12•110=75,4 ВА. 

   Принимаем  коэффициент полезного действия трансформатора: η=0,89

  Определяем  полную расчетную нагрузку первичной  обмотки трансформатора: 

                              S_рас1=75,4/0,89=84,7 ВА 

По условиям (10), (12), (13),(14):

                              U_ном1тр≥220В, 

                              U_ном2тр≥24В,

                              U_ном2мо≥110В, 

                              S_ном.тр≥84,7ВА; 

   По [13] выбираем трансформатор марки ОСМ -01 с U_ном.тр=220В, U_ном.2тр=24В, U_ном2мо=110В, S_ном.тр=100ВА.

   Выбор  трансформатора динамического торможения  TV1 производятся аналогично: 

                              S₂=I_д•U_ц.у=0,28•24=6,72 ВА 

Принимаем η=0,82. 

                          S_расч1=6,72/0,82=8,2ВА, 

   По [13] выбираем трансформатор марки ОСМ1-0,063 с U_ном1тр=380В,U_ном2тр=24В. 
 
 
 

2.7 Выбор  защитной аппаратуры и питающих  проводов 

 Выбор автоматического  выключателя QF2 производим по  условию: 

                              I_{ном.рас}≥1,15•I_ном.д ,   (15) 

                              K_отс•I_ном.р≥1,25•I_пуск   (16) 

где К_отс –кратность токовой отсечки. 

                              I_ном≥1,15•5=5,75 А; 

По [7] выбираем автоматический выключатель типа ВА51-25 ,  I_ном=25А, I_ном.р=6,3А.

Проверяем выбранный  выключатель на возможное срабатывание электромагнитного расцепителя по условию (15), (16): 

                              7•6,3≥1,25•32,5 , 

                              44,1А ≥ 40,63А. 

   Так как  условие выполняется, автоматический  выключатель выбран верно.

   Выбираем  автоматический выключатель QF1 по  условию: 

                              I_ном.р≥I_дл ,   (17) 

                              I_дл=∑I_ном.д+∑I_1ном.тр  (18)