Электропривод современных станков

                      Введение

 

Энергетика нашей страны обеспечивает надёжное электроснабжение народного хозяйства и жилищно-бытовых нужд различных потребителей электрической и тепловой энергии. Основными потребителями электрической энергии являются промышленность, транспорт, сельское хозяйство, коммунальное хозяйство городов и посёлков, причём на промышленность приходится более 70%потребления электроэнергии, которая должна расходоваться рационально и экономно на каждом предприятии, участке и установке.

Электроэнергия широко используется во всех отраслях народного хозяйства, особенно для электропривода различных механизмов (подьёмно-транспортных систем ПТС, компрессоров, насосов, вентиляторов, а также производственных станков).

Электрический привод представляет собой электромеханическую систему, обеспечивающую реализацию различных технологических и производственных процессов промышленности, сельском хозяйстве, транспорте, коммунальном хозяйстве и в быту с использованием механической энергии. Назначение электрического привода состоит в обеспечении движения исполнительных органов рабочих машин и механизмов и управлении этим движением. Другими словами, электрический привод, являясь энергетической основой реализации технологических и производственных процессов, во многом определяет их качество, энергетические и технико-экономические показатели.

В развитие электропривода переход к индивидуальному электроприводу означает качественный скачок так как  при этом кроме функции преобразования энергии на электрический привод возлагается важная функция управления технологическим процессом приводимого в движение механизма.

Наиболее многочисленной группой среди других групп промышленных механизмов, работающих с электроприводом, являются металлообрабатывающие станки, к которым относятся станки для обработке деталей, материалов и изделий методами резания, штамповки, шлифовки и др.

Для электроприводов  современных станков применяют  практически все типы двигателей: двигатели постоянного тока независимого, последовательного или смешанного возбуждения, трёхфазные асинхронные двигатели с фазными и короткозамкнутым ротором, синхронные двигатели.

 

 

         

 

1 НАЗНАЧЕНИЕ И ХАРАКТЕРИСТИКА 

                              СТАНКА

 

Шлифовальные станки применяются для чистовой обработки  деталей шлифовальными образивными кругами, снимающими с поверхности детали тонкий слой металла. На шлифовальных станках можно обрабатывать плоские, цилиндрические наружные и внутренние поверхности, шлифовать зубья шестерен, затачивать различные инструменты и т.д. Шлифовальные станки получили широкое распространение во всех отраслях промышленности в качестве станков общего и специального назначения.

В данном курсовом проекте  рассматривается схема внутришлифовального станка. Станки данного типа относятся к станкам общего назначения.

Внутришлифовальные станки предназначены для шлифования внутренних цилиндрических, конических и других поверхностей тел вращения. Обычно у таких станков обрабатываемая деталь вращается вокруг оси шлифуемого отверстия, осуществляя круговую подачу. Шлифовальный круг вращается вокруг своей оси, создавая скорость резания. Продольная подача получается за счет возвратно-поступательного движения шлифовального круга или детали. Поперечная подача производится путем периодического поперечного перемещения шлифовальной бабки в конце каждого прохода поверхности обрабатываемой детали. 

Станки данного типа имеют электродвигатели питающиеся напряжением 380 В (электродвигатель привода патронной бабки, шлифовального круга, электронасос охлаждения).

Цели управления питаются линейным, реле и местное освещение, включаемое выключателем, питаются через понижающий трансформатор напряжением 36 В.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ СХЕМА  СТАНКА И 

                ПОРЯДОК ЕЕ РАБОТЫ

 

Для пуска станка необходимо переключатель привода шпинделя SA1 установить в положение «Работа», переключатель скоростей SA2 установить в выбранном положении, после чего нажать кнопку SB5 («Пуск гидропривода») и SB3 («Пуск шлифовального шпинделя»). Проворот изделия при отведенном в исходное положение столе производится переводом переключателя шпинделя SA1 в положение «Пробный пуск» (точки 1-5). Остановка двигателей шлифовального круга и насоса охлаждения производится кнопкой SB2(«Стоп»).Отключение двигателя гидропривода производится кнопкой SB4, аварийное и общее отключение станка производится кнопкой SB1(«Общий стоп»).

При начале работы станка шлифовальная бабка находится в  исходном положении, конечный выключатель SQ нажат, его нормально закрытый контакт разомкнут. Нажатием кнопки SB5 включается магнитный пускатель KM4, замыкаются его блок-контакты KM4 по цепи: 1-SB1-10-SB4-15-KM4-16-KM4-17-KK4-2. Включаются главные контакты KM4 и двигатель ДГ начинает работать. Переключатель SA1 устанавливается в положение «Работа», контакты в точках 3-5 замкнутся и подготовят цепи управления двигателями ДШ и ДО.При нажатии кнопки SB3 замыкается цепь катушки магнитного пускателя KM3, катушка пускателя блокируется блок-контактами KM3, замыкаются главные контакты KM3 и включается двигатель шлифовального круга ДШ и двигатель насоса охлаждения ДО.Поворотом рукоятки гидравлики шлифовальная бабка подводится к изделию. Стол сдвигается с исходного положения, упор освобождает конечный выключатель SQ и его нормально закрытые контакты, замыкаясь, выключают катушку пускателя KM2. Размыкание нормально закрытого контакта KM2 в точках 8-9 предотвращает включение пускателя KM1, при замыкании контактов реле контроля скорости РКС.

Главные контакты KM2 включают двигатель патронной бабки ДБ, вращением которого замыкаются нормально открытые контакты реле РКС. Круг входит в изделие. Начинается шлифование. По окончании процесса шлифования стол со шлифовальной бабкой возвращается в исходное положение. Упор стола нажимает на конечный выключатель SQ, его нормально закрытые контакты размыкаются и отключается питание катушки пускателя KM2, который отключает двигатель ДБ. Пускатель KM2 своими главными контактами снова включит двигатель ДБ, но в обратном направлении – произойдет торможение двигателя противовключением, после чего реле РКС разомкнет свои контакты в цепи магнитного пускателя KM1 и двигатель остановится.

 

        3 ВЫБОР ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ

 

На внутришлифовальном станке модели 3А250 установлен двигатель привода  шлифовального круга для обработки  бронзовых деталей с удельным сопротивлением разрыву 107*10⁶ Н/м², скорость резания 10 м/сек, сечение стружки 0,2*10^-6м. Двигатели привода патронной бабки – двухскоростной 0,8/1,5 кВт, насоса охлаждения ПА-22 0,125 кВт и двигатель гидропривода 2,8 кВт.

Расчет мощности двигателя шлифовального  круга производится по формуле:

                                                                                              (1)

где: P – мощность двигателя, кВт;

       F_c – удельное сопротивление резания, Н/м;

       q_c  - сечение стружки, м²;

       V_p – скорость резания, м/сек;

       - КПД.

Рассчитаем по формуле (1) мощность двигателя шлифовального  круга:

                           

 

По данным и найденным  мощностям из [1] производим выбор двигателей:

Для привода шлифовального  круга выбираем двигатель серии 4А80А2У3; двигатель патронной бабки выбираем серии 4А80А4/2У3;двигатель насоса охлаждения принимаем ПА-22; для гидропривода выбираем двигатель 4А90L20М2.

Номинальные данные выбранных двигателей приведены в таблице 1.

 

Таблица 1 Номинальные  данные двигателей

4А80А2У3
PНОМ, кВт	1,5
n, об/мин	3000
, %	81
cos	0,85
Iп/Iн	6,5
4А80А4/2У3
PНОМ, кВт	1,1/1,5
n, об/мин	1420/2780
, %	73/72
cos	0,79/0,89
Iп/Iн	5/4
ПА-22
PНОМ, кВт	0,125
, %	66
cos	0,76
Iп/Iн	4
4А90L20М2
PНОМ, кВт	3
n, об/мин	2840
, %	84,5
cos	0,88
Iп/Iн	6,5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4 ВЫБОР ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ  АППАРАТОВ 

   И ЭЛИМЕНТОВ  СХЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ

 

При выборе аппаратов  управления предпочтения необходимо отдавать наиболее современным и совершенным  типам аппаратов.

Выбор аппаратов управления в системах электропитания приборов и средств автоматизации производится с учетом следующих требований:

1. Напряжение и номинальный ток аппаратов должны соответствовать напряжению и допустимому длительному току цепи. Номинальные токи аппаратов защиты следует выбирать по возможности наименьшими по расчетным токам отдельных электроприемников, при этом аппараты защиты не должны отключать цепь при кратковременных перегрузках (например, при пуске двигателей);
2. Аппараты управления должны без повреждений включать пусковой ток электроприемника и отключать полный рабочий ток.  

Для определения рабочего тока схемы необходимо первоначально  выбрать все элементы схемы, которые  создают этот ток – магнитные  пускатели, промежуточные реле, реле времени и так далее, то есть все элементы, которые потребляют мощность из сети.

Для того, чтобы найти  максимальный рабочий ток схемы, выбирают момент, когда включено максимальное количество таких элементов схемы.

Магнитные пускатели  выбирают по следующим условиям:

1. току и напряжению главных контактов
2. числу и роду главных контактов
3. напряжению катушки
4. числу и роду вспомогательных контактов
5. конструктивному исполнению

Номинальный ток потребляемый из сети рассчитывается по формуле:

                                   

                                                                                        (2)               

 

где:U – напряжение сети

      cosφ – коэффициент мощности

      η – коэффициент полезного действия двигателя (для печи в расчет  не берется)

      Р – мощность двигателя (или печи)

Пусковой ток двигателя  находим по формуле:

                                                                                                       (3)                        

где:k – отношение пускового тока к номинальному току, принимаемое из номинальных данных электродвигателя

 

 

Производим расчет токов  двигателя шлифовального круга:

Рассчитаем мощность потребляемую двигателем

                              

По формуле (2) рассчитываем номинальный ток для  двигателя:

 

                                   А

По формуле (3) найдем пусковой ток двигателя:

           А

Производим расчет токов двигателя насоса охлаждения:

Рассчитаем мощность потребляемую двигателем

                              

По формуле (2) рассчитываем номинальный ток для  двигателя:

                               А

Находим пусковой ток двигателя по формуле (3):

                                      А

Определяем сумму пусковых токов двигателей шлифовального  круга и насоса охлаждения, т.к  они получают питание от одного магнитного пускателя:

                                    

Проверим магнитный  пускатель на выполнение требований по их выбору:

                                            U_ном.≥U_дв.

                                           380В=380В

                                              I_ном≥I_п.

                                           25А≥22,32А

По [2] выбираем магнитный пускатель ПМЕ-211

 

Рассчитываем токи двигателя  гидропривода:

Рассчитаем мощность потребляемую двигателем

                                       

По формуле (2) рассчитываем номинальный ток для  двигателя:

                                       А

Находим пусковой ток двигателя по формуле (3):

                                      А

 Выполняем проверку магнитного пускателя по требованиям к их выбору:

                                            U_ном.≥U_дв.

                                          380В=380В

                                             I_ном≥I_п.

                                          60А≥40,3А