Горизонтально-ковачная машина (стр. 2 из 4)
Мс.min. = 0,1* Мс.уд. = 0,1*2529,311 = 252,931 Н*м.
По рассчитанным параметрам строим эквивалентный график нагрузочной диаграммы состоящий из двух участков. График нагрузочной диаграммы приведен в графической части проекта и на рисунке 1.9.
Рисунок 1.9 – График нагрузочной диаграммы
2. Анализ и описание системы «ЭП – сеть» и «ЭП – оператор»
2.1 Анализ и описание системы «ЭП – сеть»
Электропривод горизонтально-ковочной машины получает питание от трехфазной сети переменного тока, обладающей свойствами источника напряжения. Величина напряжения сети – 380 В, частота сети – 50 Гц. Вместе с тем, стандартом допускается изменение (колебания) напряжения в сети на 10%, а изменение частоты тока в сети – на 1%. В качестве электропривода горизонтально-ковочной машины, как правило, используется асинхронный привод, поэтому изменение напряжения сети в значительной степени оказывает влияние на работу привода (т. к. момент, развиваемый двигателем, пропорционален квадрату питающего напряжения), что должно быть учтено при выборе двигателя по перегрузочной способности.
При использовании двигателя постоянного тока в качестве привода горизонтально-ковочной машины необходимо согласовать схему выпрямления с требуемым значением выпрямленного напряжения (применением трансформаторной схемы).
2.2 Анализ и описание системы «ЭП – оператор»
Система управления электроприводом горизонтально-ковочной машины строится в зависимости от выполняемых функций и требований технологического процесса.
Как правило, схема управления горизонтально-ковочной машины требует наличие оператора, что предъявляет к схеме ряд требований.
Необходимость обеспечения условий безопасного управления и обслуживания горизонтально-ковочной машины созданием дополнительных блокировок в схемах и применения электроаппаратуры специального исполнения. Например, в схемах управления некоторыми горизонтально-ковочными машинами применяются фотоэлементы, которые осуществляют блокировку, если в рабочую зону попадают посторонние предметы или рука оператора.
3. Выбор принципиальных решений
3.1 Построение механической части привода
Рассматривая нагрузочную диаграмму, находим отношение Мсуд/Мсmin = 10. Момент двигателя должен по форме повторять график нагрузки и его перегрузочная способность должна быть выбрана из условия обеспечения Мc.max = Мc.уд. Поскольку Мc.max >> Мc.cp, двигатель будет недоиспользоваться по нагреву и работа его будет сопровождаться колебаниями скорости и резкими толчками момента и тока.
Для устранения нежелательных для двигателя и сети толчков момента и тока, а также установленной мощности в приводе устанавливается маховик, обеспечивающий уменьшение колебаний нагрузки и скорости. Являясь аккумулятором кинетической энергии (Екин= =J*щ2/2), маховик при повышении нагрузки отдает вследствие снижения скорости часть накопленной при холостом ходе энергии и обеспечивает тем самым выполнение рабочей операции.
3.2 Выбор типа привода
При выборе типа привода необходимо учитывать особенности работы ковочной машины является ударный характер нагрузки на валу, что требует применение маховикового привода. Размер маховика зависит от жесткости механической характеристики привода. Для уменьшения размера маховика требуется увеличение статизма механической характеристики привода. Принимая во внимание особенности работы ковочной машины к электроприводу предъявляются следующие технологические требования:
– высокая перегрузочная способность;
– возможность получения механической характеристики с невысокой жесткостью.
При выборе типа привода необходимо учитывать также стоимостно – экономические показатели.
На основании технологических требований, предъявляемых к электроприводу, с учетом того, что не требуется регулирование угловой скорости, рассмотрим следующие виды электропривода для механизма ковочной машины:
– короткозамкнутый асинхронный двигатель с повышенным скольжением;
– асинхронный двигатель с фазным ротором;
– двигатель постоянного тока, получающий питание от управляемых и неуправляемых преобразователей.
3.3 Выбор способа регулирования координат
В данном электроприводе ковочной машины требуется регулирование угловой скорости. Для двигателей постоянного тока и асинхронного двигателя с фазным ротором должно предусматриваться ограничение по току. Ограничение пускового тока в двигателе постоянного тока осуществляется регулированием напряжения на выходе преобразователя. В асинхронном двигателе с фазным ротором ток регулируется изменением сопротивления в роторе. В короткозамкнутом асинхронном двигателе с повышенным скольжением регулирование угловой скорости будем осуществлять с помощью преобразователя частоты.
3.4 Оценка и сравнение выбранных вариантов
Для выбора окончательного варианта системы электропривода ковочной машины необходимо провести сравнительную оценку для сравнения технических, технологических, экономических характеристик рассматриваемых вариантов. Для оценки и сравнения выбранных вариантов воспользуемся «методом экспертных оценок» по [1].
Выделим наиболее важные характеристики для выбора системы электропривода:
– стоимость электропривода;
– эксплуатационные годовые расходы;
– надежность;
– энергетические показатели;
– простота и надежность системы управления электроприводом;
– перегрузочная способность;
– критичность привода к снижению напряжения;
– массогабаритные показатели;
Для каждой характеристики определяются показатель качества qi для каждого из трех вариантов. Для определения важности того или иного показателя вводится весовой коэффициент.
Выбор наилучшего варианта производится определением взвешенной суммы. Лучший вариант имеет наименьшую сумму по [2]:
. (3.1)Для сравнения вариантов систем электропривода строим оценочную диаграмму (рисунок 3.1). Оценочная диаграмма представлена также и в графической части проекта.
По формуле (3.1) определим взвешенную сумму для каждого варианта:
S1 = 5*5 + 5*5 + 5*5 + 4*4 + 3*5 + 4*4 + 4*2 + 2*5 = 140;
S2 = 5*4 + 5*4 + 5*4 + 4*4 + 3*3 + 4*5 + 4*2 + 2*4 = 121;
S3 = 5*3 + 5*2 + 5*4 + 4*4 + 3*3 + 4*5 + 4*5 + 2*3 = 116.
1 – короткозамкнутый АД с повышенным скольжением;
2 – АД с фазным ротором;
3 – ДПТ, получающий питание от управляемых и неуправляемых преобразователей.
Рисунок 3.1 – Оценочная диаграмма
Таким образом, по наибольшей взвешенной сумме выбираем короткозамкнутым асинхронный двигатель с повышенным скольжением.
4. Расчет силового электропривода
4.1 Расчет параметров и выбор двигателя
Определяем среднеквадратичное значение момента нагрузки по [1]:
, (4.1)где: М1, М2 – момент на каждом участке графика нагрузочной диаграммы;
t1, t2 – промежутки времени в течение которых прикладываются моменты М1, М2;
Тц – время цикла.
Тогда по (4.1):
.Определим среднее значение момента за цикл работы по [3]:
. (4.2)Тогда по (4.2):
.Расчетный номинальный момент двигателя [1]:
. (4.3)Тогда по (4.3):
Н*м.Условия выбора двигателя ковочной машины:
– по режиму работы (режим работы длительной);
– по скорости (wдв = wр.дв = 201,68 рад/с);
– по нагреву (Мном.дв.³ Мн.р);
– с учетом номинального скольжения (Sном³Sн.р);
– по условиям окружающей среды.
Необходимое расчетное скольжение привода [4]:
Sпр.расч = Sном.р + Sдоп, (4.4)
где: Sпр.расч – требуемое номинальное скольжение привода (Sпр.расч. = 0,08¸0,05 по [4] для 15 < n < 50 ходов в минуту рабочего органа);
Sдоп – дополнительное скольжение (принимаем Sдоп = 0,01¸0,03 для ременной передачи);
Sном.р – номинальное расчетное скольжение двигателя:
Sном.р = Sпр.расч – Sдоп. = 0,05 – 0,03 = 0,02. (4.5)
Выбираем двигатель из условия окружающей среды в закрытом обдуваемом исполнении со степенью защиты не менее IP44, поскольку большинство приводов ковочных машин работает в условиях вибрации и ударов, повышенных температур и др. вредных условий.
Так как, в [5] максимальная мощность асинхронного двигателя с кз ротором с повышенным скольжением серии 4А не более 50 кВт, а нам требуется двигатель с мощностью порядка 300 кВт, то необходимо выбрать двигатель серии АОС3:
AОC3 315 2У режима работы S1 (длительный). Его параметры:
Рн = 160 кВт;
Sн = 2,1%;
n0 = 3000 об/мин;
Uн = 380/660 В;
h= 0,92;
cosj= 0,9;
IП/IН = 7;
ММАХ/MН = 2;
МП/MН = 1;
R1 = 0,020;
R’2 = 0,017;
Jдв = 10 кг*м2;
SK = 5,6%.
Номинальный момент двигателя по [3]:
, (4.6)где: Рн – номинальная мощность двигателя, Вт;
wн – номинальная угловая скорость двигателя, рад/с.