Требования к электроприводу ручных электрифицированных машин

МИНИСТЕРСТВО  СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ

ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ

УЧРЕЖДЕНИЕ  ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«БЕЛГОРОДСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ

АКАДЕМИЯ 
 
 

Кафедра электрификации, автоматизации и  безопасности жизнедеятельности 
 
 
 
 

КУРСОВОЙ  ПРОЕКТ 

    По  дисциплине «Автоматизированный электропривод»

      На  тему: «Требования к электроприводу ручных электрифицированных машин.» 

Вариант № 54 
 
 
 

Выполнил:

Студент 44 Эл группы

Щендрыгин А.А. 
 
 

Проверил:

Вендин  С. В.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Белгород 2011

СОДЕРЖАНИЕ 

    1. Теоретическая часть.

        1.1. Требования к электроприводу ручных электрифицированных машин.

    2. Расчетная часть

    2.1. Общий порядок расчета параметров  электропривода…………..

    2.2. Расчет и выбор параметров  электропривода…………………….

    3. Выбор пускозащитной аппаратуры

    3.2. Расчет и выбор аппаратов защиты  электродвигателя…………...

    Заключение…………………………………………………………….

    Рекомендуемая литература………………………………………….

       1. Теоретическая  часть

П о     с п ос о б у      п р е о б р а зо в а-н и я подводимой энергий ручные электрические машины ударного действия делят на механические и фугальные. В механических машинах между двигателем и рабочим органом имеется промежуточный преобразовательный механизм. В фугальных машинах этого механизма нет.

На каждой ручной машине имеется табличка, на которой  укапывают: наименование завода-изготовителя или его товарный знак; индекс машины; основные параметры; месяц и год  выпуска; номер машины по системе  нумерации завода-изготовителя; государственный  Знак качества. Основными параметрами для ручных машин с электрическим двигателем являются: напряжение, В; условное обозначение рода тока; частота, Гц; потребляемая мощность, Вт; ток. А; режим работы. Кроме того, машины класса II должны иметь знак, указывающий на наличие двойной изоляции (см. 8.1, г). Для машин с пневматическим двигателем указывается величина рабочего давления сжатого воздуха (Па).

Индекс ручной машины состоит из буквенной и  цифровой частей. По индексу определяют вид привода, группу машины по назначению и ее конструктивные особенности. Все машины разбиты на десять групп по назначению, каждая из которых делится на девять подгрупп в зависимости от конструктивных особенностей каждого тина машин. Буквенная часть индекса характеризует вид привода: ИЭ — электрический, ИП — пневматический; ИГ — гидравлический; ИД — двигатель внутреннего сгорания. Дли насадок вспомогательного оборудования, инструментальных головок, независимо от вида привода введено обозначение ПК. Первая цифра индекса обозначает номер группы, характеризующей тип машины. Всс-го 10 групп: ! — сверлнльаые; 2 — шлифовальные; 3 — резьбоза-вертывающие; 4 — ударные; 5 — фрезерные; 6 — специальные и универсальные; 7 — многошпинделъные; 8 — насадки и головки инструментальные; 9 — вспомогательное оборудование; 10 — резервная. Вторая цифра индекса обозначает номер подгруппы, характеризующей исполнение-машины: 0—прямая; 1 — угловая; 2—-многоскоростная; 3 — реверсивная. Последние две цифры характеризуют регистрационный номер модели. Каждой вновь выпускаемой модели присваивается более высокий номер.

8.2. Основные  требования к ручным машинам

Ручные машины должны обеспечивать высокопроизводительное и качественное выполнение операций. При работе оператор держит машину в руках и непосредственно  контактирует с нею. В связи с этим наряду с общими требованиями, предъявляемыми к строительным машинам (надежность, долговечность, ремонтопригодность, приспособленность к техническому обслуживанию и т. д.), к ручным машинам в большей степени предъявляются требования безопасности их эксплуатации. Взаимодействие рабочих органов ручных машин с обрабатываемым материалом носит резко выраженный динамический характер. Приходящаяся на единицу массы мощность ручных машин значительно больше, чем стационарных машин аналогичного назначения.

Как правило, ручные машины на строительстве используются в условиях ограниченного пространства и времени. Отсюда требования компактности и комплектности, обеспечивающие удобство перемещения и быстроту запуска  машины в работу. Конструкция ручной машины должна исключать возможность получения оператором механических травм, поражения током, шумо-и виброболезни. Внешний вид машины должен отвечать требованиям технической эстетики.

Главнейшим требованием  к ручным машинам является требование минимально возможной массы и габаритов, так как именно эти показатели определяют удобство  работы  и   в  конечном  итоге   произ- водительность. Все ручные машины должны иметь высокий КПД, однако при некоторых условиях эксплуатации этот параметр не является определяющим. Например, КПД машин с пневматическим двигателем значительно ниже, чем с электрическим, но они легче и безопаснее. Коллекторный двигатель имеет меньший КПД, чем асинхронный, но из-за меньшей массы машины с коллекторными двигателями применяют чаще. Ручные машины должны быть электро-, шумо- и вибробезопасны в самых различных быстро изменяющихся производственных условиях при непосредственном контакте с ними. Форма и расположение рукояток, выключателей, а также уравновешенность и внешний вид должны обеспечивать максимальное удобство работы и отвечать современным требованиям технической эстетики. Наконец, конструктивные решения ручных машин должны обеспечивать технологичность и высокий уровень поузловой унификации, что снижает себестоимость и трудоемкость изготовления и значительно улучшает их технико-эксплуатационные качества.

8.3. Ручные машины  для образования отверстий

Ручные сверлильные  машины. По объему выпуска они занимают первое место в .мире среди всех выпускаемых  ручных машин. Ими выполняются глухие и сквозные отверстия в самых разнообразных материалах (металле, дереве, пластмассе, бетоне, камне, кирпиче и т. д.), они являются базовыми для универсальных ручных машин, ими можно зенковать и развертывать отверстия и применять для сборочных работ. В соответствии с обшей классификацией сверлильные ручные машины относятся к непрерывно-силовым машинам с вращательным движением рабочего органа, работают в легком режиме, могут быть реверсивными и нереверсивными, одно- и много-скоростными со ступенчатым, бесступенчатым и смешанным" регулированием частоты вращения рабочего органа. Двигатели ручных сверлильных машин — электрические, пневматические и гидравлические. По классам защиты от поражения током электрические машины выпускаются всех трех классов. По взаимному расположению двигателя и рабочего органа машины де-лятся на прямые и угловые. Угловые машины применяются для работы в труднодоступных местах. Промышленность выпускает сверлильные машины для наибольшая диаметров сверл 6Т 8, 10, 13, 23 и 32 мм. Машины для диам етров до 10 мм выпускаются с рукояткой пистолетного типа, которые могут располагаться как в задней, так и в передней части корпуса. Все остальные выпускаются со сменными боковыми рукоятками, причем если машины для диаметров до 14 мм изготовляют с задней замкнутой рукояткой, то свыше 14 мм—с грудным упором или механизмом подач». Сверла диаметром до 14 мм обычно закрепляют в патрон, а более 14 мм — непосредственно в шпинделе машины с внутренним конусом Морзе.

Сверление —  один из наиболее распространенных способов получения глухих и сквозных цилиндрических отверстий в различных материалах. Процесс сверления происходит при совершении двух совместных движений рабочего органа — сверла — вращательным, создаваемым двигателем машины, и поступательным, осуществляемым оператором вручную. Скорости этих движений зависят в основном от свойств обрабатываемого материала, геометрических  параметров  и  материала сверла. При сверлении оператор прикладывает осевое усилие на сверле и воспринимает реактивный момент, образующийся на корпусе машины от крутящего момента на сверле. Усилие подачи на сверло, развиваемое оператором, обычно составляет 200...300 Н, что достаточно лишь для сверления отверстий до 14 мм. Отверстия больших диаметров обычно сверлят с применением механических нажимных устройств (рычажных или винтовых).

Основными сборочным» единицами ручной сверлильной машины являются: двигатель, редуктор, пусковое устройство, заключенные в корпус. На  8.2,а показан общий вид. а  на  8.2,6 кинематическая схема прямой пневматической ручной сверлильной машины. Сжатый воздух подается компрессором и через пусковое устройство 6 поступает в пневматический двигатель 4, выходной конец вала которого является солнечной шестерней планетарного редуктора 3, смонтированного в корпусе 2. Водило редуктора является шпинделем машины 1, который выполнен с наружным конусом для закрепления трех-кулачкового сверлильного патрона. Машина имеет рукоятку пистолетного типа .5, в передней части которой смонтирован глушитель шума 7.

На  8.3, в показам  общий вид, а на  8.3, 6 кинематическая схема прямой электрической ручной сверлильной машины. Пуск машины производится выключателем 9, к которому подводится ток посредством кабели 10. Электрический двигатель, состоянии'! КЗ статора 4 и ротора 6, встроен в корпус 5 и заключен между передней 13 и задней 12 крышками. Момент с вала ротора 7 передается шпинделю / через двухступенчатый редуктор 3 с цилиндрическими косозубыми колесами, расположенными в корпусе 2- Ведущая шестерня редуктора нарезана на валу ритора, а ведомая закреплена на шпинделе, который установлен на двух шарикоподшипниках и имеет внутренний конус Морзе № 1 для закрепления сверл. Машина имеет замкнутую рукоятку 8, в которой смонтировано устройство для устранения радиопомех. Для охлаждения двигателя служит вентилятор //, сидящий на валу ротора. Основными рабочими органами сверлильных машин являются сверла.

При работе по металлу  применяют спиральные сверла, которые  ставкой ветру ментальная промышленность изготовляет1 диаметром до б мм с  цилиндрическим квосто-внком ( 8.4, а), а большего диаметра — с цилиндрическим и коническим ( 8.4, б).

 Рабочая часть  сверла включает режущую и  направляющую части со спиральными  канавками. Режущая часть состоит  из двух главных режущих кромок, расположенных на конической  поверхности и выполняющих основную работу резания, и поперечной кромки. Шейка сверла — промежуточная часть, соединяет рабочую часть с хвостовиком. Последний служит для закрепления сверла и шпинделе или патроне н для передачи крутящего момента от шпинделя к рабочей части. Лапка (у сверл с коническим хноетовиком) предназначена для выбивания сверла ИЗ конического отверстия шпинделя. Главные режущие Кромки образуются при пересечении передних и задних поверхностей сверла. Винто-вые ленточки — две узкие винтовые фаски обеспечивают направление, калибровку л центрирование сверла в отверстии.

В процессе сверления  элементы енерла изнашиваются. При  изнашивании режущей поверхности  увеличивается усилие подачи,  винтовых ленточек — возрастает момент, а  при изнашивании уголков сверл;) происходит увеличение и момента и усилия ПОДУЧИ. Наиболее опасно изнашивание по уголкам.

При работе но дереву применяют сверла, изготовленные  из стали 45 с термообрапо-танными  наконечниками ( 8.5). В зависимости  от структуры и твердости породы применяют сверяв разных диаметров. Для сверления вдоль волокон — ложечное /, с конической заточкии 2, поперек волокон — центровое 3, спиральное с под-резателями 4, глубоких отверстий — винтовое 5, шнековое 6, фанеры — штопорное 7 с круговыми подрезателями. Для облегчения извлечения сверла при сверлении глубоких отверстий машина должна быть реверсивной.

При сверлении  пластмасс необходимо учитывать  их особые свойства: относительную  мягкость, что требует применения сверл с более острыми кромками, чем при резании металла; низкую теплопроводность, вызывающую необходимость уменьшения выделяющейся теплоты при резании (снижения режимов резания); абразивное воздействие на сверло отдельных видов пластмасс с высокими абразивными свойствами.

Применяя кроме  сверл различные режущие органы, ручные сверлильные машины можно использовать и для сверления других материалов. Сверление отверстии в кирпиче, керамзитобетоне, шлакобетоне и гипсолите можно выполнять двухлез-вийнымн резцами ( 8.6, а), у которых режущим органом являются пластинки из твердого сплава ВКб. Они обладают большой износоустойчивостью при истирании, но их нельзя подвергать ударным нагрузкам. Витая штанга такого резца позволяет интенсивно удалять из отверстии буровые отходы, что увеличивает скорость сверления и удлиняет срок службы рабочего органа. Для сверления глухих отверстий под розетки и выключатели применяют шлямбурные резцы ( 8.6, 0) в комплекте со съемным забурником. Средняя скорость сверления отверстий в кирпиче шлям-бурными резцами диаметром 70...100 мм составляет до 200 мм/мин.

Наиболее эффективно сверли гь монолитный бетон и железобетонные конструкции с применением алмазных кольцевых сверл ( 8.6, в), состоящих  из коронки и уд линителя. Коронка, с одной стороны, оснащена техническими алмазами, а с другой -- резьбовой выточкой дли соединения с удлинителем, представлявшим собой трубу. Для посадки на шпиндель ручной машины кольцевое сверло оснащается соответствующим креплением. Поскольку процесс сверления происходит с интенсивным выделением теплоты, в зону работы необходимо подавать воду, которая одновременно с охлаждением вымывает разрушенный материал из кольцевого отверстия. Остающаяся неразрушенной колонка материала (керн) поступает во внутреннюю полость сверла и удаляется из него после окончания процесса сверления. Высокая эффективность алмазного сверления достигается за счет использования износостойких режущих элементов — алмазов, их способности к самозатачиванию и сохранению исходных размеров длительное время. Эффективность процесса резко повышается при сочетании резания материала с его складыванием. Это возможно при использовании сверлильных машин ударно-вращательного действия.

В этих машинах,  в отличие от ударно-поворотных машин-перфораторов, на возвратно-поступательное перемещение  рабочего'органа затрачивается менее 50% подводимой к машине энергии. Последние модели ручных электрических сверлильных машин ударно-вращательного действия могут работать с изменяющимся движением рабочего органа — просто вращением и вращением с ударом вдоль оси сверла ( 8.71.

Одновременно  с этим такие машины оборудуются  электронными устройствами для многоступенчатого  регулирования частоты вращения шпинделя машины. Две ступени регулирования  достигаются механически — посредством  двухступенчатого редуктора, а еше  две — отключением части витков полюсных катушек. При уменьшении числа витков в обмотке возбуждения снижается магнитный поток двигателя, что приводит к увеличению частоты вращения якоря, а следовательно, и шпинделя машины. Освоен также выпуск ручных машин с бесступенчатым .(плавным) регулированием частоты вращения. Их работа основана на принципе регулирования угла сдвига фаз переменного тока посредством управляющего енммистора. Такие устройства позволяют получуть плавное регулирование в диапазоне 0...2000 мин"1, а в сочетании с механическим ступенчатым переключением посредством редуктора этот диапазон может быть от 0...10 000 мин"'.

При работе по бетону повышенной и высокой   прочности   сверла   оснащаются изготовленными из металлокерамических сплавов  ВКП и ВК15 пластинами, обладающими высокой вязкостью и прочностью. На базе ручных сверлильных машин с регулируемой частотой вращения шпинделя выпускаются универсальные ручные машины с комплектом насадок для выполнения различных видов работы (сверление и резка различных материалов, снятие фасок, развертывание отверстий, нарезание рельбы и сборка резьбовых соединений и т. д.).

Ручные перфораторы. Они используются главным образом  для образования отверстий различных  диаметров и глубины в материалах различной крепости. Наряду с этим некоторые модели могут использоваться для работы в режиме молотка и сверлильной машины. Такая универсальность использования определяет весьма высокий спрос и эффективность применения перфораторов. В соответствии с принятой классификацией перфораторы являются им-пульсно-силовыми машинами со сложным движением рабочего органа—бура. Принцип работы перфоратора обусловлен наличием двух механизмов—ударного и механизма вращения, которые и обеспечивают сложное движение рабочего органа. В некоторых конструкциях перфораторов эти механизмы совмещены. Подводимая к рабочему органу энергия преобразуется в ударные импульсы. За весьма малый промежуток времени, соответствующий времени  удара,   рабочий   орган   получает огромную силу, позволяющую ему преодолеть предел упругости или прочности обрабатываемого материала. Основными параметрами перфораторов являются энергия и частота ударов.

По назначению перфораторы подразделяют на машины для образования неглубоких отверстий {300...500 мм) в материалах с относительно высокой прочностью (40...50 МПа) и мощные машины для образования глубоких отверстий (2000... 4000 мм и более) в материалах практически любой прочности (200 МПа и более).

    2. Расчетная часть. 

                                                                Шифр:54

Исходные данные

    Задание 1. Для системы электродвигатель – рабочая машина подобрать электродвигатель, рассчитать и графически изобразить:

    - механическую характеристику рабочей  машины Мст.м.=f(ω);

    - приведенный момент сопротивления  рабочей машины Мст.м.пр,=f(ω_дв);

    - механическую характеристику электродвигателя  Мдв=f(ω_дв); 

    Рассчитываем механическую характеристику

    Сначала рассчитываем данные для выбора электродвигателя, данные сводим в таблицу 

    Выбираем  электродвигатель серии 4А: 

    Рассчитываем  механическую характеристику рабочей  машины Мст.м.=f(ω) по формуле: 

    Мст.м. = Мст.нач.м. +( Мст.н.м. - Мст.нач.м.)( ω/ ω_нм)^Х 

    Мст.н.м. = Мн.м. = 224 Н·м 

    Мст.нач.м. = 0,18 Мн.м. = 40,32 Н·м 
 

    Расчетные данные сводим в таблицу 1.1.

Строим  механическую характеристику рабочей  машины Мст.м.=f(ω) (Рис.1.1). 

    Рис.1.1. Механическая характеристика рабочей  машины.

Рассчитываем  приведенный момент сопротивления  рабочей машины Мс = f(ω_дв) по формуле: 

    Мс = Мст.нач.м.пр + (Мст.н.м.пр. - Мст.нач.м.пр)( ω/ ω_н)^Х 

    Мст.нач.м.пр = Мст.нач.м. /( i_пер η_пер) = 21,68 Н·м 

    Мст.н.м.пр = Мст.н.м. /( i_пер η_пер) = 120,43 Н·м 

    Расчетные данные сводим в таблицу 1.2.

    Таблица 1.2. 

    Для построения механической характеристики электродвигателя проведем расчеты  по формуле Клосса:

    S = (ω₀ – ω)/ ω₀ –текущее скольжение

    ω₀ –синхронная угловая скорость

    ω- текущая угловая скорость 

    ω₀ = πn_с/30 = 78,5 с^-1 

    М_н.дв = Рн.дв / ω_ндв = 143,51 Н·м 

    М_макс = μ_макс М_н.дв = 315,72  Н·м 

    S_н = (ω₀ – ω_ндв)/ ω₀ = 0,02

    Sкр - критическое скольжение 

    μ_п = μ_пуск = 1,4

    μ₁ = μ_макс/ μ_пукс = 1,57

    Результаты  расчетов сводим в таблицу 1.3.

    В эту же таблицу приведенный момент сопротивления рабочей машины Мст.м.пр и определяем динамический момент системы Мдин = М – Мс.

    Таблица 1.3