Проектирование двухскоростного двигателя (стр. 15 из 17)
- удаление избыточного тепла, выделяемого двигателями;
- максимально возможное применение негорючих и трудно горючих веществ и материалов;
- ограничение количества горючих веществ и их надлежащее расположение;
- изоляцию горючей среды;
- предотвращение распространения огня за пределы очага;
- применение средств пожаротушения.
7. Технико-экономическое обоснование спроектированного двигателя
7.1 Описание конструкции АД
Электрические машины мало вступают в физический и психологический контакт с человеком, поэтому требование при проектировании АД сводятся к обеспечению удобства их монтажа, встраиваемости в различные механизмы, безопасности при эксплуатации, малошумности, максимально возможного охлаждения электрической машины и удобства подключения.
К видимым частям электрической машины относятся станина, подшипниковые щиты, кожух вентилятора, ротор. Станина АД изготавливается методом литья под давлением. Два подшипниковых щита одинаковы по форме, гладкие. Конфигурация кожуха служит для оптимального обтекания двигателя струями охлаждающего воздуха. Магнитная система набирается из листов электротехнической стали марки 2013. Обмотка статора из мягких секций, намотанных круглым медным проводом. Секции укладываются в пазы статора через шлицы. Подшипниковые щиты литые, имеют внутреннюю замковую поверхность, полностью прилегающую к станине. Также в двигателе есть подшипники качения, легкой серии с понижением уровня шума.
7.2 Структурно-функциональный анализ асинхронного двигателя
Структурно-функциональный анализ (СФА) применяется для всестороннего изучения изделия с целью установления его главных, основных и вспомогательных функций, для совершенствования конструкции в направлении повышения надежности, безопасности, экономичности производства и эксплуатации при выполнении главной функции. При проведении СФА все изделие представляется в виде нескольких систем, а каждая система разбивается на несколько элементов. Анализ выявляет связь, главенство, полезность, функциональность элементов системы. Структура системы – это то, что остается неизменным при изменении ее состояния реализации различных функций в процессе совершения системой различных операций.
Для проведения СФА выделяются главная, основная и вспомогательная функции. Функция системы – действие, которое она выполняет для достижения поставленной цели. Главная функция – неизменное выражение основного назначения изделия, его полезности для достижения конечного результата. Ее основное отличие от других функций – неизменность, независимость от конструктивных модификаций системы.
Основная функция характеризует назначение элементов изделия, которое по возможности стабильно и независимо от изменяющихся факторов – материалы технология и так далее.
Лишняя функция - назначение элемента не участвующего в выполнении основной функции и оказывающегося ненужным при изготовлении, либо функционировании системы.
Рис.7.1. Схема СФА АД.
На основании СФА выявляются связи между элементами системы. Полный набор механических связей каждого элемента с другими осуществляется с помощью структурной матрицы. Матрица связей позволяет в наиболее простой и наглядной форме проследить связи узлов и деталей, составляющих изделие. При установлении этих связей, анализируются наиболее загруженные и ненадежные узлы и детали машины, содержащие наибольшее количество единиц в матрице (рис. 7.1 и табл. 7.1).
| Наименование системы | Выполняемая функция | Уровень функции | Выполнение операции | Материалы |
| асинхронный двигатель | Преобразование эл. энергии в механическую | главная | все изделие | сталь, медь, латунь |
| магнитная система | создание магнитодвижущей силы | основная | Станина | медь |
| система подключения | подключение обмотки статора к питанию сети | вспомогательная | коробка выводов | железо |
| система центровки и крепления | обеспечение “жесткого” положения ротора в подшипнков. щитах | вспомогательная | подшипников. щиты, подшипники вал | конструкционные материалы |
| система смазки | уменьшает силу трения в подшипниках | вспомогательная | масленка, “шприц” для металла | металл |
| система охлаждения | Отвод тепла от активных частей машины | вспомогательная | вентилятор на валу ротора | сталь |
| системы защиты. | защита человека от прикосновения к вращающимся частям, от поражения эл. током, от выхода из строя эл. двигателя. | вспомогательная. | Защитные крышки, кожухи, эмали, лаки. | Конструкционные материалы, краски, лаки, эмали. |
Таблица 7.1. СФА АД
Система асинхронного двигателя для структурно-функционального анализа представлена на рис. 7.2.
Рис. 7.2. Схема для СФА
Матрица механической связи основных элементов структуры асинхронного электродвигателя приведена ниже в табл. 7.2.
Табл. 7.2.
| Подшипник | Ста-нина | Ста-тор | Ротор | Обмотка статора | Обмотка ротора к.з. | Задний подшип. щит | Перед. подшип. щит | Вал | |
| Подшипник | 0 | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 | 1 | 1 | 1 |
| Станина | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | 1 | 1 | 0 |
| Статор | 0 | 1 | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| Ротор | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 | 1 |
| Обмотка статора | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| Обмотка ротора к.з. | 0 | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| Задний подшипник. щит | 1 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| Передний подшипник. щит | 1 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| Вал | 1 | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
Примечание: 0-отсутствие; 1-наличие механической связи между системами.
Главная функция отличается от остальных неизменностью, независимостью от конструктивных модификаций системы.
Основная – характеризует назначение элементов изделия.
Вспомогательная – это результат конструктивных, технических, либо других решений для реализации основной и главной функции.
Полный набор механической связи каждого элемента с другими осуществляется с помощью структурной матрицы. В проведённом СФА, изделие было представлено не в его реальной форме, а как комплекс выполняющих функций. В процессе анализа были установлены главные, основные, и вспомогательные функции. Приведенный анализ показал, что все элементы изделия участвуют в выполнении главной функции – обеспечение работы АД при большом пусковом моменте. На основании данного анализа был сделан вывод, что снижение себестоимости, повышение качества нужно добиваться за счет применения новых материалов.
Повышение эффективности новых машин связано со снижением эксплуатационных расходов, то есть повышения надежности и улучшением энергетических показателей, однако это должно достигаться без увеличения затрат на изготовление. Машина общего назначения должна удовлетворять в части рабочих характеристик требованиям действующих стандартов или технических условий и вместе с тем быть экономически эффективной.
Например, при соблюдении указанных требований стандартов машина может быть спроектирована с высоким использованием активных (проводниковых и магнитных ) материалов, иметь уменьшенную массу и, следовательно стоимость. Однако если при этом ухудшаются энергетические показатели, то повысится стоимость потерь энергии.
Для повышения эффективности машины необходимо сократить расходы на электротехническую сталь, обмоточные провода, снизить трудоемкость изготовления. Переход на более нагревостойкую изоляцию позволяет при той же мощности машины уменьшить ее габариты. Применение более совершенной системы охлаждения, новых сортов электротехнической стали с лучшими магнитными свойствами и меньшими удельными потерями, новых электроизоляционных материалов приводит к уменьшению потерь и объема активной части.
Данные мероприятия приводят к снижению себестоимости двигателя, следовательно, и его цены.
7.3 Определение себестоимости и оптовой цены спроектированного двигателя
Трудоемкость изготовления спроектированного двигателя:
Тн = Тб ³√(mмаш.н/mмаш.б)²=25 ³√(41,8/49)²= 22,49 н·ч,
где Тб = 25 н·ч - трудоемкость базового двигателя.
Заготовительные массы материалов
Масса проводов обмоток
m'м1 = 1,03mм1. =1,03·3,73= 3,84 кг.
Масса алюминия короткозамкнутого ротора
m'ал =1,05mал = 1,05·1,12=1,18 кг.
Масса стали статора и ротора
m'сΣ =mсΣ = 16,32 кг.
Масса изоляции машины
m'и1 =1,05 mи1 = 1,05·0,07 = 0,0735кг.
Масса конструкционных материалов
m'к =1,1 mк = 1,1·20,66 = 22,73 кг.
Себестоимость материалов
Провода обмоток
См1 = см1 ·m′м1 =150·3,84= 576,29 руб.
Алюминий ротора
Сал =сал·m′ал = 100·1,18 =118 руб.
Сталь статора
СсΣ= ссΣ· m′сΣ = 80·16,32 =1305,6 руб.
Изоляция
Си1 =си1· m'и1 = 75·0,0735 =5,51 руб.
Конструкционные материалы
Ск =ск· m'к = 35·22,73 =795,55 руб.
Суммарная стоимость материалов
Смат= См1+СсΣ + Сал + Си1 + Ск = =576,29+118+1305,6+5,5+795,55=2800,95 руб.
Покупные изделия
Таблица 7.3
| № | Наименование изделия | Количество изделий Ки | Действующие цены на покупное изделие Спи |
| 1 | Болт М8 | 4 шт. | 7 |
| 2 | Болт М6 | 16 шт. | 6 |
| 3 | Болт М4 | 18 шт. | 5 |
| 8 | Подшипники | 2 шт. | 65 |
| 9 | Лакокраски | 0,4 л. | 90 |
Стоимость покупных изделий