Введение

Моменты потерь в подшипниках зависят от сил трения (при коэффициенте трения скольжения в подшипниках м_п) и диаметра шейки вала.

Статические сопротивления движению создаются силами трения скольжения в подшипниках, в винтовой передаче.

Момент сил трения в подшипниках:

(4)

где m1 - масса деталей и узлов, опирающихся на подшипники, кг;

d_cт - диаметр ступицы колеса моста, м;

-коэффициент трения скольжения в подшипниках;

= 9,81 м/c2 - ускорение силы тяжести.

В соответствии с формулой (2.4):

- при движении с грузом

- при движении без груза

Момент сил трения в винтовой передаче при выдвижении винта, преодолевающего силу Q:

(5)

где Q - противодействующая сила, Н;

dв -средний диаметр нарезки винта, м;

б -угол подъёма нарезки винта, град;

ц -угол трения в нарезке винта, град;

В соответствии с формулой (2.5):

Момент сил трения в винтовой передаче при возвратном движении винта в направлении действия силы Q:

(6)

где Q - противодействующая сила, Н;

dв -средний диаметр нарезки винта, м;

б -угол подъёма нарезки винта, град;

ц -угол трения в нарезке винта, град;

В соответствии с формулой (2.6):

82,134 Нм

Момент силы тяжести:

(7)

где D - диаметр колеса, м;

m -масса движущегося тела, масса деталей, опирающихся на узел качения, масса поднимаемого или опускаемого груза, кг;

В соответствии с формулой (2.7):

- при движении с грузом

;

- при движении без груза

Просуммируем статические моменты и найдем статический момент рабочего органа:

- при движении с грузом

;

- при движении без груза

.

Для определения динамических моментов рабочей машины рассчитываются моменты инерции рабочей машины (рабочего органа):

(8)

где J_ш -момент инерции тормозного шкива;

m -масса поступательно движущихся частей;

D_K - диаметр колеса.

В соответствии с формулой (8):

- при движении с грузом

- при движении без груза

.

При заданной величине допустимого ускорения a_доп для каждого режима рабочей машины определяются динамические моменты:

(9)

- при разгоне и торможении с грузом

- при разгоне и торможении без груза

Полный момент рабочей машины находится по формуле:

(10)

Первый участок - разгон с грузом

Второй участок - равномерное движение с грузом

;

Третий участок - торможение с грузом

;

Четвертый участок - время паузы

;

Пятый участок - разгон без груза

;

Шестой участок - равномерное движение с грузом

;

Седьмой участок - торможение без груза

.

Таблица 2.1 - Данные рабочего органа РО по участкам движения

2.3 Расчет мощности двигателя

На основании построенной нагрузочной диаграммы момента рабочей машины можно рассчитать:

- среднеквадратичное значение момента, в котором учтены статические нагрузки и часть динамических нагрузок:

, (11)

где - момент двигателя на k-м участке, Нм;

- длительность k-го участка, с.

Подставив числовые значения, получим:

= 1166,82 Нм

- время цикла при заданном z - числе циклов работы машины в час

(12)

- продолжительность включения ПВ_факт по времени работы t_k на всех m участках движения времени

(13)

Расчетная мощность двигателя может быть определена по соотношению

(14)

где v_о- основная скорость движения РО (при работе двигателя на естественной механической характеристике), м/ с;

D - диаметр шестерни выходного вала редуктора, м;

ПВ_кат - ближайшее к ПВ_факт каталожное значение относительной продолжительности включения для электродвигателей выбранной серии, выбираем ПВ_кат=25%.

k₁ - коэффициент, учитывающий динамические нагрузки, обусловленные вращающимися элементами электропривода (двигатель, редуктор), а также потери мощности в редукторе. Для рабочих машин, представленных в данном пособии, коэффициент k₁ можно принять k₁ = 1,3 … 1,5.

Для повторно-кратковременного режима работы следует выбирать двигатели специальных серий, предназначенных для этого режима. Наиболее известна краново-металлургическая серия. Для этой серии номинальными данными являются каталожные данные при ПВ_кат=25%. Тогда мощность двигателя

.

3. Выбор типа двигателя

Из двигателей выбираем двигатель Д 21 из [4]. Выбор произведен по номинальной мощности.

Расчетная мощность двигателя из примера 2.3 при ПВ_кат=25%.

Каталожные данные двигателя сведены в таблицу 3.1.

Таблица 3.1 - Номинальные данные двигателя Д 22

Примем двигатель с параллельным возбуждением.

4. Выбор редуктора

Передаточное число редуктора определяется по номинальной скорости вращения выбранного двигателя и основной скорости движения исполнительного органа по формуле (15):

(15)

где D - диаметр колеса, находящегося на выходном валу редуктора и преобразующего вращение вала в поступательное движение исполнительного органа рабочей машины, м;

- основная скорость движения исполнительного органа.

В соответствии с формулой (15)

Выбранный редуктор должен иметь передаточное число равно или несколько меньшее расчетного значения.

Выбираем из [3] редуктор цилиндрический двухступенчатый РМ-750, данные которого приведены в таблице 15.

Таблица 4.1 - Характеристики редуктора РМ-750

5. Приведение статических моментов и моментов инерции к валу двигателя

При составлении расчетной схемы механической части электропривода моменты сопротивления движению РО (статические моменты) и моменты инерции приводятся к валу двигателя.

Критерием приведения моментов к валу двигателя является энергетический баланс механической части электропривода. Статические и динамические моменты на валу рабочей машины приведены в таблице 2.1.

Статические моменты и моменты инерции РО приведены в таблице 2.1 и продублированы в таблице 5.1. Выбран редуктор с передаточным числом j_P= 50 и коэффициентом полезного действия з_P= 0,98.

Установившаяся скорость двигателя

(16)

Статические моменты рабочей машины, приведенные к валу двигателя, без учета потерь в редукторе (з_P= 1), при движении вверх с грузом:

(17)

при движении вниз с грузом:

(18)

Статические моменты на валу с учетом потерь в редукторе (зP =0,88) в двигательных режимах:

(19)

В тормозных режимах:

(20)

Для расчета статического момента двигателя М_с=М_вс±ДМ_х, приведенного к его электромагнитному моменту, можно приближенно оценить потери момента холостого хода ДМ_х через потери мощности в номинальном режиме ДМ_х = 0.

В двигательных режимах

(21)

В тормозных режимах:

(22)

Момент инерции электропривода

где - момент инерции ротора двигателя;

- коэффициент, учитывающий момент инерции остальных элементов электропривода. (.

- приведенный к валу двигателя суммарный момент инерции движущихся исполнительных органов рабочей машины и связанных с ними движущихся масс:

- подъем с грузом

(23)

- спуск с грузом

- момент инерции тормозного шкива.

(24)

Динамический момент при подъеме с грузом:

(25)

при спуске с грузом:

Пусковой и тормозной моменты при подъеме с допустимым ускорением:

(26)

Пусковой и тормозной моменты при спуске с допустимым ускорением:

Для каждого из участков все значения приведены в таблице 5.1.

Таблица 5.1 - Приведение статических моментов и моментов инерции к валу двигателя

6. Предварительная проверка двигателя по нагреву и производительности

Целями предварительной проверки являются:

- изучение приближенных способов оценки времени переходных процессов;

- уточнение нагрузочных диаграмм момента и скорости двигателя с учетом момента инерции предварительно выбранного двигателя;

- снижение затрат времени на выполнение курсового проекта для случая, когда предварительно выбранный двигатель не проходит по нагреву.

Принимаем средние моменты двигателя Мср в переходных процессах с задатчиком интенсивности равными моментам, допустимым по ускорению

М_доп=М_ср (27)

Используя значения статических М_с и средних моментов М_ср, скоростей установившихся режимов щ_с рассчитываем:

- время переходного процесса на участке 1:

(28)

- время переходного процесса на участке 3:

- угол поворота вала двигателя за время работы на участке 1 и на участке 3:

(29)

- угол поворота вала двигателя, соответствующий длине высоте подъема (опускания) тележки без грузом:

(30)

Рассчитаем угол поворота вала двигателя, соответствующий величине перемещения в данном режиме:

- на 2 участке

- время работы с установившейся скоростью на участке 2:

(31)

Результаты расчета на участках 4…6 выполнены по выше приведенным формулам и представлены в таблице 5.1.

Проверка двигателя по производительности

Фактическое время работы электропривода в цикле

- так данное значение меньше заданного (11 с) времени работы, проверка по производительности выполнена.

Предварительная проверка двигателя по нагреву

Продолжительность включения ПВфакт

Момент двигателя при ПВкат, ближайшем к ПВфакт

. (32)

Момент двигателя, допускаемый по нагреву для рассчитанного (фактического) графика нагрузки

= 80,73 H*м

Среднеквадратичный момент двигателя при фактическом графике нагрузки по результатам предварительного расчета

По результатам предварительного расчета по условиям нагрева двигатель проходит.

7. Выбор основных элементов электропривода

На основании требований, предъявляемых к электроприводу, и анализа результатов предварительной проверки двигателя по производительности, нагреву и обеспечению технологических условий следует проверить правильность выбора системы электропривода.

В зависимости от выбранной системы электропривода меняются методы расчета характеристик электропривода и способы обеспечения переходных процессов согласно требованиям технологии рабочей машины.

7.1 Выбор основных параметров системы ТП-Д

Выбор преобразователя частоты

Выбор преобразователя осуществляется на основании номинальных данных предварительно выбранного двигателя:

??_нпч???_нл;

??_нпч???_н1;

где ??_нл, ??_{н 1} - соответственно номинальные линейное напряжение и фазный ток статора двигателя;

??_нпч, ??_нпч - соответственно номинальные линейное напряжение и ток нагрузки преобразователя частоты.

Выберем преобразователь MENTOR II M25R фирмы Control Techniques.

Таблица 7.1 - Технические данные преобразователя частоты MENTOR II M25R

Рисунок 7.1- Схема реверсивного тиристорного электропривода постоянного тока

8. Расчет статических характеристик электропривода

Переведем номинальную скорость двигателя в :

_н

Определим также через каталожные данные произведение :

Естественная механическая характеристика строится по двум точкам: и . Скорость идеального холостого хода определим по формуле:

Электромагнитный момент, который двигатель развивает при нормальной частоте вращения:

Уравнение для естественной механической характеристики:

Рассчитываем установившуюся скорость двигателя:

где V_Р - скорость подъема;

D - диаметр барабана;

_р-передаточное число редуктора.

- установившаяся скорость рабочего хода;

- установившаяся скорость возвратного движения.

Построим искусственные характеристики двигателя, приведя полные рабочие моменты механизма к полным рабочим моментам двигателя.

Из уравнения для естественной механической характеристики следует:

Искусственные характеристики:

Заключение

электропривод манипулятор редуктор захват

В результате выполнения курсового проекта, исходя из данных технического задания, были рассчитаны моменты статического сопротивления.

На заключительном этапе проектирования следует привести результаты расчетов системы электропривода и сравнить их с требованиями, предъявляемы- ми к электроприводу со стороны рабочего органа. Следует выполнить анализ результатов работы системы в статических и динамических режимах, оценить максимальные значения параметров в переходных режимах и точность поддержания регулируемых координат в статике. Особое внимание нужно уделить энергетическим показателям привода, оценить их величины в условиях повышенных требований к энергосбережению, сравнить полученные показатели с современными требованиями. Степень нагрева двигателя, загрузку преобразователя по току, нагрев резисторов нужно выполнить количественно, в процентах к допускаемым значениям. Следует рассмотреть работу системы управления электропривода, возможности регулирования координат с помощью выбранной системы. Четкое представление достоинств разработанной системы электропривода и анализ ее недостатков позволит студенту определить пути совершенствования рассмотренной системы. Электропривод, который был нами спроектирован, обеспечивает требуемую со стороны рабочего органа скорость: необходимая (заданная) и рассчитанная скорость рабочего органа совпадают. Но необходимо отметить, что, в отличие от нагрузочных диаграмм рабочего органа, на нагрузочных диаграммах электропривода участки характеристики щ(t) при пуске непрямолинейны, т.е. на данном участке непостоянное ускорение.

Библиографический список

1. Теория электропривода: учебное пособие к курсовому и дипломному проектированию / Г.И. Драчев. - Челябинск: Издательский центр ЮУрГУ, 2012 . - 196 с.

2. Правила устройства электроустановок

3. Редуктор-проект [http://1000a.ru/catalog/konichesko-cilindricheskie-reduktory/kc2/kc2-1300.html]

4. СТО ЮУрГУ 04-2008 Стандарт организации. Курсовое и дипломное проектирование. Общие требования к содержанию и оформлению / составители: Т.И. Парубочая, Н.В. Сырейщикова, В.И. Гузеев, Л.В. Винокурова. - Челябинск: Изд-во ЮУрГУ, 2008. - 56 с.

Размещено на Allbest.ru