Скачать

Система управления тиристорного электропривода продольно-строгального станка

B современном промышленном и сельскохозяйственном производстве, на транспорте, в строительстве и коммунальном хозяйстве, в быту применяются самые разнообразные технологическиё процессы, для реализации которых человеком созданы тысячи различных машин и механизмов. C помощью этих рабочих машин и механизмов осуществляется добыча полезных ископаемых, обрабатываются различные материалы и изделия, перемещаются люди, предметы труда, жидкости, газ и реализуются многие другие процессы, необходимые для жизнеобеспечения человека. Так, добыча полезных ископаемых ведется c помощью экскаваторов, буровых установок и угольных комбайнов, детали и материалы обрабатываются на разнообразных станках, люди и изделия перемещаются транспортными средствами, лифтами и эскалаторами, жидкости и газы транспортируются c помощью насосов и вентиляторов.

Рабочая машина или производственный механизм состоят из множества взаимосвязанных деталей и узлов, один из которых непосредственно выполняет заданный технологический процесс или операцию и поэтому называется исполнительным органом. Отметим при этом одно очень важное обстоятельство - все названные технологические процессы осуществляются за счет механического движения исполнительных органов рабочих машин и механизмов. Исполнительный орган в процессе выполнения заданной операции должен преодолевать сопротивление своему движению, обусловленное наличием трения или притяжения Земли, упругой и пластической деформациями веществ или другими факторами. Для этого к нему необходимо подвести механическую энергию от устройства, которое в соответствии со своим назначением получило на звание привода.

Механическая энергия вырабатывается приводом, который преобразовывает другие виды энергии. B зависимости от вида используемой первичной энергии различают гидравлический, пневматический, тепловой и электрический приводы. B современном промышленном производстве, коммунальном хозяйстве и в быту наибольшее применение нашел электрический привод, на долю которого приходится более 60% потребляемой в стране электроэнергии.

Такое широкое применение ЭП объясняется целым рядом его преимуществ по сравнению c другими видами приводов: использование электрической энергии, распределение и преобразование которой в другие виды энергии, в том числе и в механическую, наиболее экономично; большой диапазон мощности и скорости движения; разнообразие конструктивного исполнения, что позволяет рационaльно соединят привод c исполнительным органом рабочей машины и использовать для работы в сложных условиях - в воде, среде агрессивных жидкостей и газов, космическом пространстве; простота автоматизации технологических процессов; высокий КПД и экологическая чистота. Возможности использования современных электроприводах продолжают постоянно расширяться за счет достижений в смежных областях науки и техники - электромашиностроении и электроапаратостроении, электронике и вычислительной технике, автоматике и механике.

1. Описательно-технологическая часть

1.1. Назначение и техническая характеристика оборудования

Продольно-строгальные станки предназначаются в основном  для обработки резцами плоских горизонтальных и вертикальных поверхностей у крупных деталей большой длины.

Рисунок 1 – Общий вид тяжелого продольно-строгального станка

На этих станках можно также производить прорезание прямолинейных канавок различного профиля, Т-образных пазов и т.д. Детали средних размеров устанавливаются рядами на столе станка и обрабатываются одновременно.

Продольно строгальные станки разделяются на одностоечные (с консольной поперечиной) и двухстоечные (портального типа). На рисунке 1 показан общий вид двухстроечного продольно-строгального станка. Его станина 1 имеет продольные направляющие (плоские и V-образные) . По ним возвратно-поступательно движется стол 2, на котором закрепляют обрабатываeмую деталь. Перемещение стола - главное движение- осуществляется от электродвигaтеля 9, через редуктор и реечную передачу. Снятие стpужки c обрабатываемой детали (строгание) происходит при ходе стола вперед (прямой или рабочий ход). Ход стола назад (обратный ход) совершается обычно c повышенной скоростью, и снятие стружки не производится (холостой ход), a резцы в это время автоматически отводятся от обработанной поверхности (поднимаются). Изменение направления движения стола производится при помощи электромагнитной реверсивной муфты (на малых станках), или посредством реверсирования главного двигатeля. Портал станка 6 образован двумя вертикальними стойками и верхней балкой. К этой балке прикреплена подвеска 5 пульта упрaвления 11. По вертикальным направляющим стoек при помощи ходовых винтов перемещаются поперечина (траверса) 3 и боковой суппорт 10 (некоторые станки имеют два боковых суппорта).

Поперечина имеет горизонтальные направляющие, по котоpым могут перемещаться вертикальные суппорты 4. Суппорты станка c закрепленными в них резцами oсуществляют прерывистую периодическую подачу за время реверса стола c обратного хода на прямой и быстрые устанoвочные перемещения. Движение суппортам передается через коробки подач 7 и 8 отдельных электродвигателей.

Основными величинами, характеризующими размеры и технологические возможиости различных продольно строгальных станков, являются наибольшая длина строгания (ход столa) L (от 1,5 до 12 м), наибольшая ширина обработки (от 0,7 до 4 м) и наибольшее тяговое усиление на рейке стола F_т (до 30-70 кН и более).

1.2. Краткий технологический процесс работы оборудования

При строгании рисунок 2 снятие стружки происходит в течении рабочего хода, при обратном ходе резец не работает. Продольное перемещение стола при рабочем ходе является главным движением.

Рисунок 2 – Схема строгания

Движение подачи называется перемещением резца в течении одно и двойного хода перпендикулярно главному движению. Вспомогательными движениями на строгальных станках являются быстрое перемещение траверсы и суппортов подъём резцов при обратном ходе,  а также, например, медленное перемещение стола при наладочных операциях. Скорость, с которой резец перемешается относительно детали при рабочем ходе, называется скоростью резания.

Глубина резания – величина, на которую углубляется резец  в изделие при одном проходе, она определяет толщину снимаемой стружки.

1.3. Требования, предъявляемые к системе управления электроприводом

Исходя из тех условий технологического режима работы станка необходимо обеспечить следующие условия:

- Диапазон регулирования скорости определяется процессом обработки детали на станке связанным с технологией производства.

- Система электропривода должна обеспечивать плавность и точность регулирования скорости в заданном диапазоне.

- Механические характеристики электропривода в заданном диапазоне регулирования должны быть жёсткими.

- Система управления электропривода должна обладать качественными динамическими свойствами: быстродействие, устойчивость при регулировании, надёжность в работе.

Системы управления предназначены для автоматического формирования сигналов управления ,которые обеспечивают открывание силовых тиристоров преобразователя. Формируемые импульсы поступают в виде сигналов напряжения на управляющий электрод и катод тиристора.

Задачи системы управления:

- Система управления должна создавать синхронизированную с сетью переменного напряжения m-фазную систему импульсов управления. Например для 3-х фазной системы с нулевой точкой m=3, для мостиковой схемы m=6. Каждый импульс формируется согласно принципа работы выпрямительной схемы.

- Система управления должна обеспечивать сдвиг по фазе импульсов управления относительно анодного напряжения тиристоров.

- Система управления должна обеспечивать симметрию формируемых импульсов по каждой фазе преобразователя. Относительная погрешность симметрии не должна превышать 1-2 электрических градуса.

- Система управления должна обеспечивать необходимый диапазон регулирования угла управления , для нереверсивных схем преобразователей диапазон регулирования составляет от α=0 до α=90 градусов, для реверсивных тиристорных преобразователей диапазон от α=0 до α=165 градусов.

- Система управления должна обеспечивать устойчивость и надёжность работы преобразователя во всех рабочих режимах а, так же при резких изменениях нагрузок, частоты переменного напряжения и других помех.

- Система управления должна автоматически отключать тиристоры от аварийных режимов или ложных сигналов управления.

- Моменты формирования опирающих импульсов должны быть согласованны с амплитудой импульса и крутизной импульса, которые должны быть близки к паспортным параметрам тиристора. Как правило формируемые импульсы имеют крутой передний фронт 2-5 мс, и малую длительность 10-15 градусов.

Исходя из выше изложенных технических требований предъявляемых к системе управления, в проекте в качестве электропривода выбирается электропривод постоянного тока с тиристорным преобразователем, обеспечивающим регулирование напряжения на якоре двигателя. В соответствии с технологическими условиями производства система электропривода будет обеспечивать постановленные задачи.

2. Расчётно-техническая часть

2.1. Расчёт мощности и выбор двигателя привода.

Исходные данные

C_v=225 коэффициент, характеризующий обрабатываемый материал и материал резца, принят для обработки стали и чугуна для резцов из быстрорежущей стали.

CF=92 коэффициент характеризующий обрабатываемый материал и вид обработки.

S=3мм/1 двойной ход стола; подача стола

t=10мм глубина резания

T=250мм стойкость резца

1. Стойкость резания

 м/мин(1)

где: m=0,1; xv=0,1; yv=0,3 – показатели степени, зависящие от свойств обрабатываемого металла, материала резца и вида обработки.

2. Усилие резания

 Н

где: XF=1; YF=0.75; n=0 – показатели степени

 (2)

3. Мощность резания

 (3)

4. Полная расчетная мощность

  (4)

где: К_з=1,1-1,3 коэффициент запаса

η_ст=0,75-0,8 КПД станка

5. Рабочая скорость на валу двигателя

  (5)

где: V_обр=80 м/мин – скорость обратного хода стола

i=7 – передаточное число

D=12.4 мм – диаметр шестерни

6. Выбирается двигатель постоянного тока по условиям: Р_н≥Р_р; ω_н≈ω_р и выписываются его полные технические данные.

Таблица 1 – Технические параметры двигателя