Автоматизированный электропривод главного движения универсального фрезерного станка модели 6Н81

Токи ix и iy измеряются на выходе блока «ABC-XY», а потокосцепление ротора на выходе блока «Flux calculation».

На рис. 6.8 показан сигнал на выходе регулятора скорости.

Рис. 6.8

На рис. 6.9 оказан сигнал на выходе регулятора потокосцепления.



Рис. 6.9

На рис. 6.10 показан ток iy.

Рис. 6.10

На рис. 6.11 показан ток iх.

Рис. 6.11

На рис. 6.12 показано потокосцепление ротора.

Рис. 6.12

На рис. 6.13 показан ток статора.

Рис. 6.13

На рис. 6.14 показан момент двигателя.

Рис. 6.14

На рис. 6.15 показана скорость ротора.

Рис. 6.15

Скорость при пуске отрабатывается с перерегулированием, равным:

.

Рассмотрим переходные процессы в момент начала фрезерования, когда происходит резкое увеличение нагрузки.

На рис. 6.16 показан сигнал регулятора скорости.

Рис. 6.16

На рис. 6.17 показан ток iy.

Рис. 6.17

На рис. 6.18 показан ток статора.

Рис. 6.18

На рис. 6.19 показан момент двигателя.

Рис. 6.19

На рис. 6.20 показана скорость ротора.

Рис. 6.20

На рис. 6.21 показана сила при фрезеровании.

Рис. 6.21

На рис. 6.22 показана скорость при фрезеровании.

Рис. 6.22

На рис. 6.23 показан график изменения мощности резания.

Рис. 6.23

Максимальное отклонение скорости при изменении нагрузки составляет:

.

6.3 Построение статических характеристик электропривода

Пропорционально-интегральный регулятор скорости придает контуру регулирования скорости астатизм, т.е. в установившемся режиме рассогласование между значениями задания и обратной связи равно нулю. При этом, учитывая, что регулирование скорости производится в низ от номинальной скорости, т.е. при постоянстве потокосцепления ротора, то статические электромеханические () и механические () характеристики будут аналогичны. Статические характеристики в относительных единицах показаны на рис. 6.24.

Рис. 6.24

7. ОКОНЧАТЕЛЬНАЯ ПРОВЕРКА ДВИГАТЕЛЯ ПО НАГРЕВУ С УЧЕТОМ ТОЧНОЙ НАГРУЗОЧНОЙ ДИАГРАММЫ

Используя имитационную модель, произведем моделирование цикла обработки, в результате которого получили уточненную нагрузочную диаграмму (рис. 7.1).

Рис. 7.1

По данной диаграмме произвели расчет эквивалентного момента за цикл работы, использую формулу:

.

В результате расчета эквивалентный момент составил 10,6 Нм.

Максимальное значение момента не превышает 15,5 Нм.

Таким образом, электродвигатель 4АБ2П100М4ПБ по нагреву и перегрузочной способности выбран правильно.

8. ВЫБОР И ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗАЦИИ ПРОИЗВОДСТВЕННОЙ УСТАНОВКИ

8.1 Формализация условий работы установки

В работе фрезерных станков можно выделить два режима: автоматический и наладочный. В автоматическом режиме в соответствии с управляющей программой производится обработка заготовки. При этом весь процесс обработки разбивается на несколько этапов. В начале происходит установка и зажим заготовки на столе. Управляющее устройство проверяет входные сигналы, разрешающие включение приводов: зажим заготовки, закрытие ограждения и т.п. После этого управляющее устройство выдает на привода подачи максимальное задание, что обеспечивает ускоренный подвод заготовки к зоне обработки. По достижении требуемого значения положения производится включение привода главного движения и подача смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ). Далее на привода подается задание соответствующее рабочей скорости. И уже на рабочей подаче происходит врезание в заготовку и её обработка. После прохождения требуемого расстояния управляющее устройство выдает команду на привода для отвода инструмента, а также отключает СОЖ. Далее на ускоренном ходе заготовка перемещается в зону выгрузки, выключается привод главного движения. Процесс обработки завершен. При автоматической работе станка могут производиться технологические остановы, по завершении которых станок продолжает работать в автоматическом режиме. Во время таких остановов оператор может, например, производить измерения точности обработки, контролировать состояние режущего инструмента.

В наладочном режиме управление приводами станка оператор производит вручную с панели оператора или пульта управления. В этом режиме производится коррекция управляющей программы. Кроме того, в наладочном режиме производится тестирование элементов управляющего устройства.

В качестве управляющего устройства фрезерным станком 6Н81 выбираем устройство числового программного управления (УЧПУ) 2С42-65, которое было разработано для управления сложными станками и обрабатывающими центрами, оснащенными следящими приводами подачи. УЧПУ выполнено в электрическом шкафу, в котором размещены следующие части: блок логический, пульт управления, фотосчитывающее устройство, блок микро-ЭВМ, силовой блок, блок вентиляторов, панель выходных разъемов. Логический блок состоит из двух панелей по 30 субблоков.

УЧПУ 2С42-65 может управлять до8 координат. Одновременное управление с линейной интерполяцией по 4 координатам. Устройство обеспечивает выдачу аналоговых выходных сигналов в диапазоне 10В постоянного тока для управления приводами подач и привода главного движения с диапазоном преобразования не менее 10000. Количество обменных дискретных сигналов до 224. Емкость ОЗУ до 48 кбайт, из них 8 кбайт с сохранением информации. Емкость ППЗУ до 48 кбайт. Питание устройства производится от трехфазной сети переменного тока. Потребляемая мощность не более 1,5 кВА [19].

8.2 Разработка алгоритма и программы управления

Управляющая программа (УП) для УЧПУ 2С42-65 строится на основе кода ISO-7bit. УП состоит из кадров, формат, которого фиксирован. Кадр содержит совокупность закодированных команд необходимых для выполнения технологической операции. Для составления УП исходными данными являются: координаты опорных точек, скорость и характер перемещения от точки к точке. Обработка заготовки производится в плоскости XY. Перемещения в УП задаем в приращениях. В нашем случае все перемещения линейные. Координаты опорных точек представлены в таблице 8.1 [20].

Таблица 8.1

Переход	Координаты	Приращения
	начальной точки	конечной точки
	xн	yн	xк	yк	X	Y
0-1	1000	200	1000	300	0	100
1-2	1000	200	640	300	-360	0
2-3	640	200	303	300	-337	0
3-4	303	300	303	200	0	-100
4-0	303	300	1000	200	697	0

Задание рабочей подачи производится в мм/мин, а скорости вращения шпинделя в об/мин.

На основании изложенных данных составим управляющую программу для УЧПУ 2С42-65, которая представлена в таблице 8.2.

Таблица 8.2

Программа	Кодируемая информация
% LF	Начало программы
N1 G17 G91 G94 LF	Задание плоскости обработки XY, перемещения в приращениях, подача в мм/мин
N2 S111 LF	Задание скорости вращения шпинделя
N3 G00 Y+100 LF	Позиционирование по оси Y на 100мм
N4 G00 X-360 LF	Позиционирование по оси Х на -360 мм
N4 G01 X-337 F1460 М08 LF	Перемещение по оси Х на -337 мм, подача 1460 мм/мин, включение СОЖ
N5 G00 Y-100 М09 LF	Позиционирование по оси Y на -100мм, отключение СОЖ
N6 X+697 LF	Позиционирование по оси X на 697 мм
N7 S0 F0 LF	Стоп шпинделя
N8 M02 LF	Конец программы

8.3 Разработка функциональной, логической схемы

Устройство числового программного управления 2С42-65 построено по блочно-магистральному принципу. Вычислительная часть построена на базе ЭВМ «Электроника-60». УЧПУ содержит две шины обмена данными. К первой (основной) подключен процессор, логические вычислительные блоки, интерфейсные блоки ЭВМ высшего ранга, панели оператора и блока отображения символьной информации (БОСИ). Ко второй подключены блоки, имеющие связь со станком. Связь между двумя шинами происходит через субблок интерфейса связи со станком. Обмен дискретными сигналами со станком производится через блок входных и выходных сигналов. Задание на скорость приводов подач и главного движения производится через блок ЦАП привода. Расчет скорости привода подач осуществляет УЧПУ, выполняя тем самым функцию регулятора положения. Составим функциональную схему связи УЧПУ и станка (рис. 8.1).

Рис. 8.1

8.4 Выбор аппаратов

Для бесконтактного приема или выдачи дискретных сигналов на станок используем блоки входных и выходных сигналов. Блок входных сигналов в УЧПУ 2С42-65 реализован на субблоках SB448 и SB900 и обеспечивает прием до 160 сигналов от станка при организации 16 сигналов на один субблок. Параметры входных сигналов:

- напряжение лог. 1 - U1 = 18 24В;

- напряжение лог. 0 - U0 = 0 2В;

- входной ток не более 20 мА.

Блок выходных сигналов реализован на субблоке SB475 с организацией 32 сигнала на субблок. Параметры выходных сигналов:

- напряжение лог. 1 - U1 24В;

- напряжение лог. 0 - U0 3В;

- выходной ток не более 200 мА.

Блоки входных и выходных сигналов обеспечивают гальваническую развязку.

Для преобразования двоичного кода задания скорости на регулируемые электропривода используем блок ЦАП, реализованный на субблоке SB449. В УЧПУ 2С42-65 имеется возможность установки до 4 таких субблоков. В каждом субблоке расположено по 2 цифро-аналоговых преобразователя. Для задания скорости используется 13 разрядов и старший разряд - знаковый в 16 разрядном слове данных. Диапазон преобразования сигнала 10В. Минимальный шаг преобразования сигнала 1,6 мВ. Дискретность задания линейных перемещений составляет 0,01 или 0,001 мм в зависимости от используемых датчиков, а круговых - 0,01.

УЧПУ 2С42-65 обеспечивает управление следящими приводами подачи с использованием следующих измерительных преобразователей:

- линейных перемещений - ПИЛП1-2А;

- круговых перемещений - сельсин БС155А либо вращающийся трансформатор ВТМ1;

- с импульсными линейными и круговыми фотоэлектрическими измерительными преобразователями фирмы “Хайденхан” (ФРГ).

Внутришаговая погрешность устройства с измерительными преобразователями не более 25. Блок связи с датчиками перемещений реализован на субблоке SB457.

Для связи УЧПУ с панелью оператора используется интерфейсный субблок SB055. Вывод символьной информации на дисплей осуществляется через интерфейс БОСИ, реализованный на субблоках SB780, SB781, SB782 и SB783.

9. ПРОЕКТИРОВАНИЕ УЗЛА СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА

Преобразователь частоты имеет клеммы для силовых контактов и информационных сигналов.

На силовые клеммы преобразователя RST подается напряжение питания. Для исключения опасных ситуаций при срабатывании защиты на входе ПЧ рекомендуется устанавливать контактор или магнитный пускатель. Подключение электродвигателя к преобразователю производится к клеммам UVW. При этом нельзя самостоятельно устанавливать на выходе конденсаторы или заградительный фильтр. При необходимости установки фильтра в звене постоянного для улучшения коэффициента мощности используются клеммы P и PD. Для регенеративного торможения используется тормозной резистор. В преобразователях мощностью до 15 кВт тормозной резистор расположен внутри ПЧ. Для подключения внешнего тормозного резистора используются клеммы P и RB. В случае, когда осуществляется динамическое торможение, к клеммам P и N подключается соответствующий модуль. Защитное заземление подключается к клемме G, расположенной на ПЧ.

Установка частоты вращения производится путем подачи сигнала на один из трех входов О, О1, О2. Вход О является однополярным, а два остальных - двуполярными. Для выбора направления вращения используются входы - прямое и обратное вращение. Если эти входы отключить, то двигатель останавливается. Для задания программируемых функций используются дискретные входы 1-5.

Схема подключения внешних контактов к клеммам преобразователя частоты показана на рис. 9.1.



Рис. 9.1

10. ПРОЕКТИРОВАНИЕ СХЕМЫ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ И ЗАЩИТЫ УСТАНОВКИ

10.1 Выбор аппаратов, проводов и кабелей

электродвигатель кинематический схема

Аппаратура управления и защиты, устанавливаемая в системе электропитания, должна обеспечивать: включение и отключение электроприемников и участков сетей в нормальном режиме работы; надежное отсоединение электроприемников и линий для резервации и ремонтных работ; защиту от всех видов коротких замыканий и перегрузки, если она требуется [21, 22].

Для защиты от перегрузки электродвигателей используются тепловые расцепители или гидравлические замедлители срабатывания, встроенные в автоматические выключатели, либо тепловые элементы магнитных пускателей; при защите автоматическими выключателями тепловые элементы в магнитных пускателях не предусматриваются, если расцепители автоматических выключателей достаточно чувствительны к токам перегрузки.

Выбор аппаратов управления и защиты в системах электроснабжения производится с учетом следующих основных требований:

а) напряжение и номинальный ток аппаратов должны соответствовать напряжению и допустимому длительному току цепи. Номинальные токи аппаратов защиты выбирают по возможности наименьшими по расчетным токам отдельных электроприемников, при этом аппараты защиты не должны отключать цепи при кратковременных перегрузках;

б) аппараты управления должны включать пусковой ток электроприемника и отключать полный рабочий ток, а также допускать отключение пускового тока;

в) аппараты защиты по своей отключающей способности должны соответствовать токам короткого замыкания в начале защищаемого участка; отключение защищаемой линии или электоприемника должно осуществляться с наименьшим временем;

г) при коротких замыкания по возможности должна быть обеспечена селективность работы защитных аппаратов с ниже и выше стоящими защитными аппаратами; рекомендуется номинальные токи каждого последующего по направлению тока аппарата защиты принимать на две ступени ниже, чем предыдущего, если это не приводит к завышению сечения проводов;

д) аппараты защиты должны обеспечивать надежное автоматическое отключение одно- и многофазных коротких замыканий в сетях с изолированной нейтралью в наиболее удаленной точке защищаемой цепи.

Сечение проводников питающей и распределительной сети системы электроснабжения должны выбираться по условию нагревания электрическим током и механической прочности с последующей проверкой по потере напряжения.

Выбор сечений проводников по условиям нагрева электрическим током осуществляется по допустимым токовым нагрузкам на провода и кабели с учетом условий прокладки.

Сечение жил кабеля, питающего установку определяем исходя из экономической плотности тока J = 2,0 А/мм2 по выражению:

,

где I - суммарный ток установки, по паспортным данным станка I=14,5А.

Тогда:

.

Выбираем трехжильный кабель с бумажной пропитанной изоляцией с алюминиевыми жилами, марки ААША сечением жилы 7,5 мм2, прокладываемый в трубе.

Проверку выбранного провода осуществляем по длительному току нагрузки Iдл. исходя из условия:

,

где - коэффициент поправки на температуру окружающей среды, ;

- поправочный коэффициент на качество совместно проложенных кабелей, .

.

Для выбранного кабеля ААШВ с сечением жилы 6 мм2, допустимая токовая нагрузка равна 36 А.

Для электродвигателя привода главного движения выбираем автоматический выключатель с комбинированным расцепителем типа А3710Б исходя из формул:

,

,

где Uн.а. и Iн.а. - номинальные напряжение и ток автомата;

Uн.с. - номинальное напряжение сети;

Iдлит. - длительный расчетный ток линии.

Длительным расчетным током линии, в данном случае, является номинальный ток двигателя 8,5 А.

~500 В > ~380 В,

50 А > 8,5 А.

Определяем номинальный ток комбинированного расцепителя:

,

где Iн. расц. - номинальный ток расцепителя.

Выбираем расцепитель с номинальным током Iн.расц.=10 А.

Определяем ток уставки (отсечки) электромагнитного расцепителя:

.

.

.

Принимаем .

Выбираем электромагнитный пускатель типа П6 с защитой электродвигателя от токовых перегрузок.

,

~380 В > ~380 В,

Определяем номинальный ток теплового элемента:

,

Выбираем Iн.уст.тепл.= 9 А.

Напряжение катушки реле выбираем Uкат=220 В.

Итак, выбираем электромагнитный пускатель П6-112У2Б (220-9,0).

10.2 Составление таблицы перечня элементов электрооборудования производственной установки

Перечень элементов электрооборудования производственной установки приведен в таблице 10.1.

Таблица 10.1

Поз. обозн.	НАИМЕНОВАНИЕ	Кол	Примечание
А1	ПЧ MICROMASTER Vector	1	MMV400/3
А2	УЧПУ 2С42-65	1
KM1	Магнитный пускатель П6-112У2Б	1
М1	Электродвигатель 4АБ2П100М4ПБ	1
QF1	Автоматический выключатель А3710Б	1
R1	Резистор тормозной	1	240 Ом
ХТ1	Вилка РШ2Н-2-22	1

11. ОХРАНА ТРУДА

11.1 Производственная санитария

В механических цехах производят все виды обработки металлов, пластмасс и других материалов на металлорежущих станках; при этом возникает ряд опасных ситуаций.

Вредными физическими производственными факторами, характерными для процесса резания, являются: повышенная запыленность и загазованность воздуха рабочей зоны, высокий уровень шума и вибрации, недостаточная освещенность рабочей зоны, повышенная пульсация светового потока, наличие прямой и отраженной блеклости. При обработке пластмасс происходит интенсивное ее нагревание и в воздух рабочей зоны поступает сложная смесь паров, газов и аэрозолей [23].

В воздух рабочей зоны выделяются также аэрозоли масел и смазочно-охлаждающих жидкостей (СОЖ). Содержание углеводородов при этом достигает 150 - 940 мг/м3, аэрозоля масел 7 - 45 мг/м3, загрязнение одежды составляет 800 - 900 мг/дм2.

Концентрация СОЖ и отдельных компонентов, а также их качественный состав зависят от их расхода, способа подачи, термостабильности, характера и режим обработки изделия, свойств обрабатываемого материала, наличия и эффективности санитарно-технических устройств.

К психофизическим вредным производственным факторам можно отнести физические перегрузки при установке, закреплении и съеме крупногабаритных деталей, а также перенапряжение зрения и монотонность труда.

К биологическим факторам относятся болезнетворные микроорганизмы и бактерии, появляющиеся при работе с СОЖ.

Производственные помещения, в которых осуществляются процессы обработки резанием, должны соответствовать требованиям СНиП II-89-90 и санитарным нормам проектирования промышленных предприятий СН 245-71. Бытовые помещения должны соответствовать требованиям СНиП II-92-76. Все помещения должны быть оборудованы средствами пожаротушения по ГОСТ 12.4.009-83.

Стружку (отходы производства) от станков и рабочих мест следует убирать механизированным способами (таблица 11.1).

Таблица 11.1

Вид стружки	Средства для удаления
Без применения СОЖ
Мелкая дробленая	Одношнековые транспортеры
Стальной вьюн	Двухшнековые транспортеры
Сыпучая	Вибрационные транспортеры
Стружка любого типа	Пластинчатый транспортер
С применением СОЖ
Элементная чугунная	Скребковые транспортеры
Элементная стальная	Скребковые и одношнековые транспортеры
Элементная и вьюн цветных металлов	Пластинчатые транспортеры, гидротранспортеры
Стальной вьюн	Двухшнековые и пластинчатые транспортеры

Периодичность замены СОЖ устанавливаться по результатам контроля ее содержания, но не реже одного раза в шесть месяцев при лезвийной обработке, одного раза в месяц при абразивной обработке для масляных СОЖ и одного раза в три месяца для водных СОЖ. Очистку емкостей для приготовления СОЖ, трубопроводов и систем подачи следует проводить один раз в шесть месяцев для масляных и один раз в три месяца для водных СОЖ.

Стружка и пыль магниевых и титановых сплавов хранятся в закрытой металлической таре. При наличие специальных помещений стружку и пыль магниевых сплавов (кроме магний-литиевых) можно хранить в открытой таре. В местах хранения стружки имеются средства пожаротушения.

При выборе и расчете освещения производственного участка руководствуются нормами проектирования производственного освещения СНБ 2.04.05-98 [3], в которых задаются как количественные (величина минимальной освещенности), так и качественные характеристики (показатель ослепленности и дискомфорта, глубина пульсации освещенности) искусственного освещения.

Наиболее распространены три типа источника света: лампы накаливания, люминесцентные лампы и газоразрядные лампы высокого давления. Преимущество ламп накаливания состоит в том, что они включаются в сеть без дополнительных пусковых приспособлений. Однако имеют относительно низкую световую отдачу. Газоразрядные лампы высокого давления отличаются высокой световой отдачей и компактностью, однако, имеют сложную схему включения и невысокий срок службы.

Электроосвещение обеспечивает равномерную освещенность не менее 100 лк. Применение открытых электрических ламп не допускается. Наблюдение за состоянием арматуры и светильников возлагается на лиц, выделенных для этой цели.

Для освещения данного автоматизированного рабочего места наиболее подходят люминесцентные лампы. Эти лампы имеют высокую световую отдачу (до 75 лм/Вт), большой срок службы (до 10000 ч), лучшую, чем у ламп накаливания цветопередачу, относительно малую яркость (хотя и создают ослепленность).

Станки являются источниками шума. Шум - совокупность звуков, различных по частоте и интенсивности, вредно влияющих на организм человека. Степень повреждения органов слуха зависит от уровня звука и его продолжительности и от индивидуальной чувствительности человека. Одним из источников производственного шума являются металлорежущие станки. В зависимости от типа металлорежущего оборудования, мощности его приводов, интенсивности стабильности процесса резания уровни звука, создаваемые на расстоянии 1 м от ограждающих поверхностей, составляют 60 - 110 дБ (А). При типовых условиях эксплуатации станков верхний предел этого диапазона 90 дБ (А). Спектр шума станков обычно имеет максимум, расположенный в диапазоне частот 500 - 2000 Гц. Большинство станков при надлежащем качестве изготовления имеют шумовые характеристики, удовлетворяющие санитарным нормам без применения дополнительных мер по снижению шума. К основным источникам шума в металлорежущем станке можно отнести:

зубчатые передачи, входящие в приводы главного и вспомогательного движений;

гидравлические агрегаты;

электродвигатели;

процесс резания.

Шум станков снижают в источнике возникновения уменьшением передачи колебаний энергии от источника к излучателям шума, демпфированием излучателей и строительно-аккустическими мероприятиями. Для уменьшения влияния на общий уровень шума отельные агрегаты, устанавливаемые на станок виброизолируются от упругой системы станка. Это же относится и к электрошкафам, устанавливаемым на станке, которые сами не являются источниками колебаний, но, имея большую площадь поверхности, интенсивно излучают шум.

11.2. Техника безопасности

Основным опасным производственным фактором на данном рабочем месте является электрический ток [24].

Электрооборудование на данном рабочем месте (ДРМ) оснащается пусковой аппаратурой, исключающей самопроизвольное включение при восстановлении внезапно исчезнувшего напряжения независимо от положения органов управления к этому моменту.

Поскольку питание электрооборудования тянущего устройства осуществляется на напряжении 380В, то существует опасность поражения электрическим током. Поэтому необходимо применение защитного зануления электрооборудования тянущего устройства. Зануление - это преднамеренное электрическое соединение с нулевым защитным проводом нетоковедущих частей, которые могут оказаться под напряжением.

Отключение поврежденной установки тянущего устройства от питающей сети произойдет, если значение тока однофазного короткого замыкания IК, которое искусственно создается в цепи, превысит значение тока срабатывания защитного аппарата Iном и выполнит следующее условие:

,(11.1)

гдеk = 1,25 - коэффициент кратности тока;

Iном = 10 - номинальный ток плавких вставок предохранителей, защищающих двигатель, А.

Таким образом, из (11.1) следует:

.

Выбираем нулевой защитный проводник стальной, активное сопротивление которого , индуктивное сопротивление .

Определяем полное сопротивление петли «фаза-нуль»:

,(11.2)

где Rф - активное сопротивление фазного и защитного проводника,

Rф = 0,9 Ом;

Хф - внутреннее индуктивное сопротивление фазного проводника,

Хф = 0,03 Ом;

Хп - внешнее индуктивное сопротивление петли «фаза-нуль»,

Хп = 0,02 Ом.

.

Находим действующее значение тока однофазного короткого замыкания, проходящего в схеме в аварийном режиме,

,(11.3)

гдеUф - фазное напряжение, Uф = 220В;

ZП - полное сопротивление петли «фаза-нуль»;

ZТ - полное сопротивление трансформатора, ZТ = 3,5Ом.

.

Таким образом, условие (11.1) выполняется, что означает: отключающая способность системы зануления обеспечена, и нулевой защитный проводник выбран правильно.

Для персонала, обслуживающего автоматизированное рабочее место разработаны и утверждены в установленном порядке инструкции по охране труда, в которых приводят обязанности обслуживающего персонала, безопасные приемы и методы работы при обучении, наладке и ремонте, формы организации контроля за мероприятиями и средствами обеспечения безопасности, рациональные режимы труда и отдыха персонала, обслуживающего данное ДРМ.

Для обеспечения эксплуатации применяются следующие меры:

- сначала обслуживающий персонал ознакамливается с общими требованиями безопасности, в которых указываются назначение и характеристики ДРМ, характеристика опасных и вредных производственных факторов, действующих на работающих, требования по обеспечению взрыво- и пожаробезопасности, условия допуска лиц к выполнению работы, а также ответственность работающего за нарушение требований инструкции, затем ознакамливается с требования безопасности перед началом работы. В частности рабочий должен проверить исправность оборудования, ограждений, сигнализации, блокировочных и других устройств, защитного заземления, вентиляции, провести тестовую проверку функционирования частей ДРМ. Особое внимание при этом уделяется блокировочным устройствам, которые срабатывают в соответствии с электрической схемой. Потом он должен усвоить требования безопасности во время работы, в которых указываются способы и приемы безопасного выполнения работ, правила использования технологического оборудования, а также требования безопасности в аварийных ситуациях, в которых отражаются порядок безопасного отключения и действия персонала при возникновении опасных, критических и аварийных ситуаций, которые могут сформировать несчастный случай или аварию.

Также персонал необходимо ознакомить с требованиями безопасности по окончанию работы. В этих требованиях указывается порядок отключения ДРМ, записей в журнале о техническом состоянии, передачи ДРМ по смене. При этом каждый должен владеть требованиями безопасности, безопасными приемами и методами работы при обучении, проведении наладочных, ремонтных и профилактических работ, требованиями к организации контроля за безопасной работой.

11.3 Пожарная безопасность

В соответствии с НПБ 5-2000 данное производство по пожарной, взрывной и взрывопожарной опасности можно отнести к категории Д. Категория Д - это производства, в которых обрабатываются негорючие вещества и материалы в холодном состоянии. Согласно с НПБ 5-2000 здание, в котором предполагается размещение данного рабочего места, можно отнести ко II степени огнестойкости. Согласно указанному БНБ 2.02.02-01 допускается использовать один эвакуационный выход, если число работающих соответствует приведенному в таблице 11.2.

Таблица 11.2

Степень огнестойкости здания	Предельное число эвакуируемых человек с одного этажа здания при числе этажей
	2	3	4 и более
II	70	35	15

Ширина эвакуационного прохода составляет не менее 1 м., коридор или переход в другое здание - не менее 1,4 метра. Ширина лестничных маршей не менее ширины выхода на лестничную площадку с наиболее населенного этажа, но не менее 1 метра. Максимальное расстояние от наиболее удаленного рабочего места до эвакуационного выхода составляет 50 метров.

В качестве способа предотвращения распространения огня, здание оборудовано огнестойкими противопожарными перегородками 1 типа.

Помещение, в котором располагается РТК оборудовано первичными средствами пожаротушения. В качестве таких средств можно применять углекислотные и порошковые огнетушители, предназначенные для тушения различных материалов установок под напряжением до 1000В (например, ОУ-2, ОПС-10, ОП-1).

Переносной порошковый огнетушитель ОП-1 “Спутник” предназначенный для тушения небольших загораний, состоит из корпуса, сетки и крышки. Все детали изготовлены из полиэтилена. Для приведения его в действие необходимо отвернуть крышку на горловине, взять огнетушитель за нижнюю часть корпуса, подойти к месту загорания, опрокинуть огнетушитель горловиной вниз и встряхнув его, высыпать порошок в очаг горения.

Ручной огнетушитель ОУ-2 представляет собой стальной баллон, в горловину которого ввернут на конусной резьбе вентиль с сифонной трубкой. Запорный вентиль имеет предохранительную мембрану, раструб огнетушителя ОУ-2 присоединен к корпусу вентиля шарнирно. При тушении загораний раструб огнетушителя ОУ-2 направляют на горящий объект и поворачивают маховичок вентиля до упора.

12. ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ТЕХНИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ

Расчет технико-экономических показателей осуществляется на основе анализа сравнительных технических данных двух альтернативных систем электропривода. Экономическая оценка базируется на принципе минимальных расходов: минимальных начальных затрат, эксплуатационных затрат, затрат электроэнергии, затрат связанных с вынужденным простоем электрооборудования [25]. По техническим соображениям принят комплектный электропривод переменного тока фирмы Siemens типа MicroMasterVector. До модернизации был установлен асинхронный электродвигатель с коробкой скоростей. Технические данные электрооборудования сравниваемых систем приведены в таблице 12.1.

Таблица 12.1

Параметры	Базовый вариант	Проектируемый вариант
Тип двигателя	4А112М4У3	4АБ2П100М4ПБ
Мощность, кВт	5,5	4
к.п.д., %	85,5	85
Частота вращения, об/мин	1450	2870
Тип преобразователя	-	MMV400/3
Мощность преобразователя, кВт	-	4
к.п.д. преобразователя, %	-	0,98
Передаточный механизм	Коробка скоростей	Редуктор

Наиболее дорогостоящими составляющими электропривода являются двигатель, преобразователь и передаточный механизм. Таким образом, сметная стоимость электропривода для базового варианта:

,

где Кдв1 - стоимость электродвигателя 4А100L4У3, Кдв1 = 425000 руб.,

Кпра - стоимость пускорегулирующей аппаратуры, Кпра1 = 775000 руб.,

Ккс - стоимость коробки скоростей, Ккс = 1535000 руб.

.

Для проектируемого варианта:

,

где Кдв2 - стоимость электродвигателя 4АБ2П100М4ПБ, Кдв2 = 365000 руб.,

Кпр - стоимость преобразователя Siemens, Кпр = 3120000 руб.,

Кр - стоимость редуктора, Кр = 570000 руб.

Кпра - стоимость пускорегулирующей аппаратуры, Кпра1 = 374000 руб.,

.

Стоимость монтажных работ вычисляется отдельно для электропривода и рабочего механизма. Для электропривода эту величину можно принять равной 6% от стоимости электропривода, для рабочего механизма - 5% стоимости электропривода. Таким образом, стоимость монтажных работ:

для базового варианта:

.

для проектируемого варианта:

.

Транспортно-заготовительные работы, составляют 2% от суммы стоимости электропривода и стоимости монтажных работ

для базового варианта:

.

для проектируемого варианта:

.

Плановое накопление монтажной организации составляют 10% от стоимости монтажных работ

для базового варианта:

.

для проектируемого варианта:

.

Для наглядности выполненный расчет капитальных вложений для обоих вариантов сведем в таблицу 12.2

Таблица 12.2

Источник затрат	Базовый вариант	Проект. вариант
Электродвигатель, руб.	425000	370000
Преобразователь, руб.	-	3120000
Пускорегулирующая аппаратура, руб.	775000	374000
Механическая передача, руб.	1535000	570000
Монтажные работы, руб.	300850	487190
Транспортно- заготовительные работы, руб.	60717	98324
Плановые накопления монтажной организации, руб.	30085	48719
Суммарные капитальные вложения, руб.	3126652	5068233

При расчете эксплуатационных затрат важное значение имеет величина периода, за который производится расчет. При сравнении приводов ограничимся периодом 20 лет.

Затраты на электроэнергию определяются количеством энергии, потребляемой за год, номинальной мощностью двигателей, а также тарифной ставкой на электроэнергию. Для расчета энергии, потребляемой за год, нужно знать суммарное время работы электропривода за год, которое определяется коэффициентом использования:

,

где ПВ - продолжительность включения установки, о.е.;

tраб.см - продолжительность работы установки за смену, tраб.см = 8 ч;

tсм - число рабочих часов за смену, tсм = 8 ч.

.

Определим число рабочих часов установки за год:

,

где Траб.см. - число рабочих дней в году, Траб.см. = 365;

nсм - число смен в сутки, nсм = 2;

.

Определим энергию, потребляемую за год

для базового варианта:

,

где Рндвх, х - номинальные параметры двигателя, таблица 12.1;

.

для проектируемого варианта:

.

Таким образом, затраты на электроэнергию за 20 лет эксплуатации

для базового варианта:

;

где Стс - тарифная ставка, Стс = 87,34 руб/кВтч;

.

для проектируемого варианта:

.

Амортизационные отчисления составляют 9,5% от сметной стоимости электропривода. Тогда для обоих вариантов:

;

;

.

Плановая продолжительность ремонтного цикла (ремонтный цикл - наработка электрического оборудования, выраженная в годах календарного времени между двумя капитальными плановыми ремонтами) для асинхронного двигателя:

;

где Ттабл.дв. - продолжительность ремонтного цикла для электродвигателя, Ттабл.дв. = 9 лет;

р - коэффициент, определяемый сменностью работы оборудования, р = 2; о - коэффициент, учитывающий уменьшение ремонтного цикла машин, отнесенных к категории основного оборудования, о = 0,85;

.

Для преобразователя частоты:

;

где Ттабл.пч. - продолжительность ремонтного цикла для преобразователя частоты, Ттабл.пч. = 6 лет.

.

Для редуктора:

;

где Ттабл.р. - продолжительность ремонтного цикла для редуктора, Ттабл.р. = 5 лет.

.

Для коробки скоростей:

;

где Ттабл.кс. - продолжительность ремонтного цикла для коробки скоростей, Ттабл.кс. = 5 лет.

.

Наработка энергетического оборудования, выраженная в месяцах календарного времени между двумя плановыми ремонтам, для асинхронного электродвигателя:

.

Для преобразователя частоты:

.

Для редуктора:

Для коробки скоростей:

По полученным величинам можно рассчитать количество капитальных и текущих ремонтов в расчете за 1 год. Количество капитальных ремонтов в год составляет:

;

;

;

.

Количество текущих ремонтов за один год определяется аналогично:

, , , .

По заданному количеству ремонтов в год, а также по заданной норме трудоемкости определяется годовая трудоемкость ремонтов. Годовая трудоемкость электрических машин рассчитывается по формуле:

,

где Нк.р.ад - норма трудоемкости капитальных ремонтов для двигателя, Нк.р.ад = 32 человеко-часов;

К - поправочный коэффициент, учитывающий частоту вращения электродвигателя, К = 1,1.

.

Для преобразователя частоты:

.

Для редуктора:

.

Для коробки скоростей:

.

Годовая трудоемкость текущих ремонтов для соответствующих типов определяем аналогично трудоемкости капитальных ремонтов:

.

.

.

.

Для пускорегулирующей аппаратуры годовая трудоемкость капитального (текущего) ремонта принимается равной 25% от трудоемкости капитального (текущего) ремонта двигателя.

Трудоемкость технического обслуживания оборудования принимается равной 10% от нормы трудоемкости текущего ремонта оборудования без учета поправочных коэффициентов.

Для удобства сравнения выполненный расчет трудоемкости ремонта и технического обслуживания для обоих вариантов сведен в таблицу 12.3.

Таблица 12.3

Тип оборудования	Базовый вариант	Проект. вариант
Годовая трудоемкость капитальных ремонтов, человеко-часы
Электродвигатель	2,4	2,4
Преобразователь	-	8,4
Пускорегулирующая аппаратура	0,6	0,6
Механическая передача	16,8	12,4
Годовая трудоемкость текущих ремонтов, человеко-часы
Электродвигатель	3,82	3,82
Преобразователь	-	2,13
Пускорегулирующая аппаратура	0,95	0,95
Механическая передача	15,4	12,1
Годовая трудоемкость технического обслуживания, человеко-часы
Электродвигатель	22,8	22,8
Преобразователь	-	28,4
Пускорегулирующая аппаратура	6,8	5,7
Механическая передача	98,8	55,8
Суммарная трудоемкость эксплуатации оборудования:	168,37	155,5

По известной годовой трудоемкости эксплуатации оборудования, учитывая тарифную ставку ремонтного рабочего, а также соответствующие налоги, можно определить затраты на заработную плату ремонтных рабочих за 20 лет:

для базового варианта:

,

где Стар - часовая тарифная ставка ремонтного рабочего (по 4-му разряду), Стар = 1003,4 руб/ч;

Снал - коэффициент, определяющий затраты на выплату налогов в связи с начислением зарплаты:

4% - чернобыльский налог,

5% - начисление на содержание,

35% - фонд социальной защиты населения,

1% - фонд занятости населения,

25% - начисление на премирование,

10% - начисление на выплату дополнительной зарплаты.

Т - суммарная трудоемкость эксплуатации оборудования.

.

Для проектируемого варианта:

.

Стоимость материалов для ремонта и обслуживания принимается равной 100% от основной заработной платы ремонтных рабочих без учета выплаты налогов:

для базового варианта:

.

Для проектируемого варианта:

.

Общецеховые расходы принимаются равными 100% от основной заработной платы без учета налогов, т.е.:

;

.

Общезаводские расходы принимаются равными 50% от основной заработной платы без учета налогов:

;

.

Таким образом, найдены все величины, необходимые для определения годовых эксплуатационных расходов для обоих вариантов. Полные же затраты определяются как сумма капиталовложений и годовых эксплуатационных расходов.

Полученные показатели сравниваемых вариантов приведены в таблице 12.4.

Таблица 12.4

Наименование	Обозначение	Базовый вариант	Проектируемый вариант
Номинальная мощность двигателя, кВт	Рном	5,5	4
Номинальный к.п.д. двигателя, %	ном.дв.	85,5	85
Номинальный к.п.д. преобразователя, %	ном.пч.	-	98
Капиталовложения, руб.	К	3126652	5068233
Амортизационные отчисления, руб.	Са	5196500	8415100
Плата за потребляемую электроэнергию, руб.	СЭ	45486148	33275492
Заработная плата ремонтных рабочих, руб.	СЗП	2703079	2496459
Стоимость материалов для ремонта ЭП, руб.	Смат	3378848	3120574
Цеховые расходы, руб.	Сц	3378848	3120574
Общезаводские расходы, руб.	СЗ	1689424	1560287
Суммарные эксплуатационные расходы, руб.	С	61832847	51988486
Полные затраты, руб.	Сi	64959499	57056719

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В данном дипломном проекте проведен расчет автоматизированного электропривода главного движения универсально фрезерного станка модели 6Н81. В ходе работы проведен анализ технологического процесса и рассмотрена работа привода шпинделя. Сформулированы требования к электроприводу главного движения. Рассмотрены основные типы приводов, которые в настоящее время находят применение в металлорежущих станках. Исходя из этого, была выбрана система электропривода: в замен нерегулируемого АД с коробкой скоростей выбрали систему ПЧ-АД с векторным управлением. В результате расчета режимов резания для типовой детали выбрали электродвигатель мощностью 4 кВт. Выбрали комплектный преобразователь MIDIMASTER Vector фирмы Siemens (Германия). Разработали математическую модель автоматизированного электропривода, по которой произвели синтез регуляторов системы управления. По математической модели составили в среде MATLAB/Simulink имитационную модель, по которой произвели расчет переходных процессов и построение уточненной нагрузочной диаграммы. В результате моделирования определили, что величина перерегулирования скорости во время пуска и изменения нагрузки не превышает 3%. Также были рассмотрены мероприятия по обеспечению охраны труда при эксплуатации фрезерного станка 6Н81. Кроме того, было проведено экономическое обоснование выбранного технического решения.

Список использованной литературы

1. Электрооборудование промышленных предприятий и установок / Е.Н. Зимин, В.И. Преображенский, И.И. Чувашов: Учебник для техникумов. - 2-е изд. перераб. и доп. - М.: Энергоиздат, 2001. - 552 с.

2. А.И. Кочергин. Конструирование и расчет металлорежущих станков и станочных комплексов. Мн.: Выш. шк., 2001. - 382 с.

3. Электроприводы унифицированные реверсивные трехфазные серии ЭПУ 1-2. Техническое описание и инструкция по эксплуатации ИГФР.

4. Электроприводы регулируемые для станкостроения и робототехники. Общие технические требования: ГОСТ 27803-88.

5. Электроприводы главного движения металлообрабатывающих станков с ЧПУ / Г.И. Андреев, М.А. Босинзон, А.И. Кондриков. - М.: Машиностроение, 2009. 152 с.

6. Рудаков В.В., Столяров И.М., Дартау В.А. Асинхронные электроприводы с векторным управлением. - Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 2007. - 136 с.

7. Сандлер А.С. Электропривод и автоматизация металлорежущих станков. - М.: Машиностроение, 2002.

8. Аршинов В.А., Алексеев Г.А., Резание металлов и режущий инструмент. - М.: машиностроение, 2006.

9. Справочник технолога-машиностроителя. В 2-х томах. Т.1.: Под ред. А.Г. Косиловой и Р.К. Мещерякова. - М.: Машиностроение, 2005.

10. Справочник по электрическим машинам: В 2 Т. / под общей ред. И.П. Копылова. - Т1. М.: Энергоиздат, 2008. - 456.

11. Асинхронные двигатели серии 4А: Справочник / А.Э. Кравчик, М.М. Шлаф. - М.: Энергоиздат, 2002. - 382с.

12. Ковчин С.А., Сабинин Ю.А. Теория электропривода: Учебник для вузов. - СПб.: Энергоатомиздат. Санкт-Петербургское отд-ние, 2000. - 496с.

13. Каталог Siemens Automation and Drives СА 01.

14. Анхимюк В.А., Опейко О.Ф., Михеев Н.Н. Теория автоматического управления. - Мн.: Дизайн ПРО, 2000. - 352 с.

15. Башарин А.В., Новиков В.А., Соколовский Г.Г. Управление электроприводами. - Л.: Энергоиздат, 1998.

16. Анхимюк В.Л., Опейко О.Ф. Проектирование систем автоматического управления электроприводами. - Мн.: Выш. шк., 2006. - 143 с.

17. Потемкин В.Г., Рудаков П.И. MatLAB 5 для студентов. - 2-е изд. испр. и дополн. - М.: ДИАЛОГ-МИФИ, 1999. - 448 с.

18. Устройство ЧПУ 2С42-65. Техническое описание.

19. Петренко Ю.Н. Системы программного управления технологическими комплексами. Учебн. пособие. Мн.: «ПИОН», 2002. - 300 с.

20. Электротехнический справочник. В 3-х т. Т. 3.: Под общ. ред. Профессоров МЭН: И.Н. Орлова и др. - М.: Энергоатомиздат, 1998. - 616с.

21. Электрический справочник. В 3-х т. Т. 2. Электротехнические устройства / Под общ. ред. Проф. МЭН В.Г. Герасимова, Л.А. Кунова и др. - М.: Энергоиздат, 2001. - 640 с.

22. Охрана труда в электроустановках: Учеб. Для вузов / Под ред. Б.А. Князевского - 3-е изд., перераб. И доп. - М.: Энергоатомиздат, 2003.

23. Долин П.А. Основы техники безопасности в электроустановках: Учебное пособие для вузов. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Энергоатомиздат, 2004. - 448 с.

24. Федоров О.В., Карпович Э.А. Основы технико-экономического выбора электропривода промышленных установок: Монография. - Нижний Новгород: Издательство НГУ, 2001.

Размещено на Allbest.ru