(предпоследняя цифра зачетной книжки 8-9)
Привод продольной подачи токарного станка работает в следующих режимах: стоянка (установка детали и подвод резца к ней за счет поперечной подачи) в течении t01. черновое точение участка детали длиною l с усилием резанья Fр1, скоростью вращения шпинделя n1 и подачей S1; отвод резца к началу заготовки на максимальной скорости Vmax; стоянка (работа поперечной подачи) в течении t02;работа поперечной подачи в течении t01 c; чистовое точение участка детали длиною l с усилием резанья Fр2, скоростью вращения шпинделя n2 и подачей S2; отвод резца к началу заготовки с максимальной скоростью Vmax; стоянка (отвод резца за счет поперечной подачи) в течении t03.
Таблица 2.5
Техническая характеристика | Вариант (последняя цифра зачетной книжки) | |||||||||
Подача S1, мм/об | 0,1 | 0,2 | 0,2 | 0,14 | 0,11 | 0,17 | 0,12 | 0,18 | 0,15 | 0,2 |
Подача S2, мм/об | 0,2 | 0,15 | 0,19 | 0,12 | 0,13 | 0,15 | 0,16 | 0,19 | 0,12 | 0,19 |
Длина участка детали l,м | 0,4 | 0,3 | 0,35 | 0,45 | 0,3 | 0,25 | 0,4 | 0,35 | 0,2 | 0,25 |
Шаг резьбы ходового винта Нв, м | 0,01 | 0,015 | 0,018 | 0,016 | 0,010 | 0,010 | 0,015 | 0,012 | 0,015 | 0,01 |
Диаметр ходового винта dв, м | 0,02 | 0,03 | 0,04 | 0,038 | 0,02 | 0,025 | 0,032 | 0,024 | 0,03 | 0,02 |
Диапазон частоты вращения n, об/мин | 315-1400 | 320-1400 | 315-1500 | 320-1500 | 330-1450 | 320-1450 | 315-1550 | 330-1550 | 320-1550 | 325-1400 |
Максимальная скорость Vmax, мм/мин | ||||||||||
КПД механизма | 0,80 | 0,75 | 0,78 | 0,82 | 0,84 | 0,89 | 0,85 | 0,75 | 0,90 | 0,90 |
Время стоянки , с: | ||||||||||
Время стоянки , с: | ||||||||||
Время стоянки , с: | ||||||||||
Коэффициент трения при движении стола μ | 0,07 | 0,06 | 0,08 | 0,07 | 0,08 | 0,06 | 0,06 | 0,07 | 0,08 | 0,08 |
Угол трения β, град | ||||||||||
Усилие резанья Fр1, Н | ||||||||||
Усилие резанья Fр2, Н | ||||||||||
Масса суппорта и оборудования mсп, кг | ||||||||||
Момент инерции двигателя ,кг·м2 | 0,195 | 0,067 | 0,262 | 0,125 | 0,115 | 0,155 | 0,115 | 0,262 | 0,155 | 0,067 |
Передаточное число редуктора подачи | 6,3 | 7,1 | 11,2 | 12,5 | ||||||
Номинальный момент двигателя ,Н·м |
3. РАСЧЁТ ПУСКОВЫХ И ТОРМОЗНЫХ СОПРОТИВЛЕНИЙ
|
|
3.1. Назначение пусковых и тормозных сопротивлений, режимы работы
электродвигателя
Двигатели постоянного тока.
Ток в цепи якоря определяется следующим выражением:
где UH – номинальное напряжение двигателя;
rД – внутреннее сопротивление якорной цепи двигателя;
E=CФΩ – ЭДС, возникающая в якоре при вращении;
С – конструктивная постоянная двигателя;
|
|
Ф – магнитный поток создаваемый обмоткой возбуждения;
Ω – скорость вращения вала двигателя.
Внутреннее сопротивление двигателей постоянного тока очень мало. Поэтому, если этот двигатель включить в сеть с полным напряжением, то при неподвижном якоре пусковой ток будет значительно больше номинального и не может быть допущен ни по условиям коммутации, ни для обмоток из-за больших электродинамических усилий, ни для вала из-за больших моментов [1].
Для уменьшения пускового тока до допустимой величины последовательно с якорем включается внешнее сопротивление rВ, позволяющее ограничить ток якоря при пуске до любой заданной величины, т.к.:
,
При разгоне двигателя, по мере увеличения скорости, растёт его ЭДС, направленная против приложенного напряжения, и пусковой ток снижается, так как в этом случае ток якоря равен:
.
Вместе с током уменьшается и момент двигателя, а, следовательно, снижается и эффективность ускорения. Для поддержания ускорения двигателя уменьшают внешнее сопротивление, отчего при данной ЭДС возрастает ток якоря и момент двигателя, вызывающий ускорение. Когда внешнее сопротивление будет целиком закорочено, двигатель перейдёт на естественную характеристику.
Таким образом, пусковые сопротивления служат для ограничения тока двигателя и для ускорения его с определенными значениями моментов соответственно потребностям электропривода.
Схема включения пусковых сопротивлений для двигателя постоянного тока с параллельным возбуждением при пуске в три ступни и его пусковая диаграмма показаны на рис. 3.1.
Рис. 3.1. - Схема включения пусковых сопротивлений (а) и диаграмма пуска
двигателя постоянного тока с параллельным возбуждением (б)
На схеме: КМ1 – контакты линейного контактора, подключающие двигатель к сети; КМ2, КМ3, КМ4 – контакты контакторов ускорения, шунтирующие ступени пускового реостата.
Рассмотрим пуск двигателя при постоянной нагрузке, т.е. при МС = const (рис. 3.1). Напряжение на двигатель подаётся включением контактора КМ1. При включении контактора КМ1 и замыкании его контакта в якорной цепи двигатель подключается к сети через полное пусковое сопротивление с моментом М 1 (точка «а»). Этот момент больше статического и под действием динамического момента МДИН = М1 -МС двигатель начнёт разгоняться. С увеличением скорости момент двигателя будет уменьшаться в соответствии с первой искусственной характеристикой по линии ав, будет уменьшаться динамический момент, а следовательно, и эффективность ускорения. При некоторой скорости, соответствующей точке «в», включится контактор ускорения КМ2 и зашунтирует первую ступень пускового сопротивления r 1, что вызовет переход двигателя при этой скорости на вторую искусственную характеристику в точку «с». Момент двигателя возрастёт, увеличится ускорение и двигатель будет разгоняться согласно второй искусственной характеристикой. При достижении точки «d» включается второй контактор ускорения КМ3 и зашунтирует вторую ступень пускового реостата r 2. Далее разгон двигателя будет продолжаться аналогично описанному. В точке «f» при включении контактора КМ4 будет зашунтирована третья ступень ускорения r 3, и двигатель выйдет на естественную характеристику. Разгон двигателя закончится в точке «ΩС», когда динамический момент станет равным нулю, а момент двигателя будет равен моменту статическому, т.е. М = МС.
Очевидно, что благоприятным является такой пуск, при котором пики момента М 1 и момента переключения М 2 будут одинаковые на всех ступенях пуска, что и будет положено в дальнейшем в основу расчёта пусковых сопротивлений. Если производить закорачивание ступеней пускового реостата при других произвольных скоростях, то пики момента и момента переключений будут неодинаковыми, что может вызвать при закорачивании некоторых ступеней повышенные толчки момента, неблагоприятные для механизма, и создать неравномерное ускорение привода. Кроме того, возникающие на некоторых ступенях повышенные броски тока могут превышать допустимый ток двигателя по условиям коммутации.
|
|
Асинхронные двигатели с фазным ротором.
При пуске асинхронного двигателя с фазным ротором с закороченными кольцами ток ротора будет велик вследствие значительной ЭДС, индуктируемой в неподвижном роторе быстро вращающимся магнитным полем статора, и малой величины активного сопротивления фаз закороченного ротора. Будет велик и ток статора, превышающий номинальный ток двигателя в 5-10 раз, что недопустимо по условиям допустимой плотности тока под щётками, динамических усилий в обмотках и нагрева обмоток двигателя. Однако пусковой момент двигателя при этом получается сравнительно небольшим (0,5÷1,5 номинального) ввиду малого значения коэффициента мощности ротора cos φ Р из-за увеличенного реактивного сопротивления фаз обмотки ротора от повышенной частоты. Такой низкий пусковой момент бывает часто недостаточным для пуска привода.
Введение внешнего сопротивления в цепь ротора уменьшает пусковой ток и настолько увеличивает cos φ Р, что пусковой момент возрастает. Но при очень больших сопротивлениях ток ротора сильно падает и пусковой момент опять уменьшается.
Схема включения асинхронного двигателя при пуске в три ступени приведена на рис. 3.2. Работа схемы осуществляется аналогично описанной выше при пуске двигателя постоянного тока.
При ускорении двигателя падает ЭДС ротора, вследствие чего уменьшаются ток ротора и момент. Для поддержания ускорения уменьшают по ступеням величину пускового сопротивления, отчего при данной ЭДС возрастает ток ротора и динамический момент двигателя. Когда всё пусковое сопротивление будет выведено, двигатель перейдёт на естественную характеристику. Разгон закончится в точке «ΩС», где момент двигателя будет равен моменту статическому.
|
|
Механическая характеристика электродвигателей в относительных единицах
При расчёте пусковых сопротивлений, как правило, используют относительные параметры двигателей. Такими параметрами являются: относительная скорость вращения двигателя ν, относительный момент μ и относительное сопротивление ρ.
Относительная скорость двигателя равна:
,
где Ω – текущее значение угловой скорости двигателя,
Ω 0 – угловая скорость идеального холостого хода двигателя.
Относительный момент равен:
,
где M – текущее значение момента,
Mн – номинальный момент двигателя.
Относительное сопротивление равно:
,
где r – абсолютное значение сопротивления,
Rн – нормирующее сопротивление.
Механическая характеристика ДПТ НВ в относительных единицах имеет следующий вид:
, (3.1)
где – относительное сопротивление якорной цепи;
– сопротивление якорной цепи двигателя; находится по справочнику [4] для данного типа двигателя;
rЯ – сопротивление обмотки якоря двигателя;
rДП – сопротивление добавочных полюсов;
rКО – сопротивление компенсационной обмотки.
Нормирующее сопротивление для ДПТ НВ равно:
,
UH – номинальное напряжение двигателя;
IH – номинальный ток двигателя.
Уравнение механической характеристики АД в относительных единицах имеет следующий вид:
(3.2)
где μ – относительный момент двигателя;
s – скольжение двигателя;
sk – критическое скольжение двигателя, приводится для данного двигателя в справочниках на электрические машины [2,4];
– перегрузочная способность двигателя, приводится для данного двигателя в справочниках на электрические машины [2,4];
Мk – критический момент двигателя.
Линеаризованная механическая характеристика АД может быть представлена в виде функции относительного момента от скольжения или в виде аналогичном механической характеристике ДПТ НВ:
или
,
где – относительное сопротивление роторной цепи (также );
rр – активное сопротивление роторной цепи.
Нормирующее сопротивление для АД ФР равно:
,
где ЕРН, IРН – соответственно номинальная ЭДС и номинальный ток ротора; приводятся в справочниках по электрическим машинам [4,5].
Для остановки электрических двигателей применяется два вида торможения: динамическое и противовключение. Динамическое торможение используется в основном для нереверсивных приводов, противовключение – для реверсивных.
Тормозные сопротивления, как и пусковые, могут быть рассчитаны двумя способами: графическим и аналитическим.
Методика расчёта тормозных сопротивлений двигателей постоянного тока с параллельным возбуждением изложена в работах [5, с. 67-69; 2, с. 58-65; 3, с. 91-109],
асинхронных двигателей изложена в работах [5, с. 254-260; 2, с. 82-89; 3, с. 252-276].
Для упрощения расчёта полагают, что торможение осуществляется на линейном участке механической характеристики. В этом случае расчёт тормозных сопротивлений проще выполнить графическим способом, который и рассматривается ниже.