4.12. Выбор асинхронного электродвигателя для привода'

Предварительный выбор двигателя. Электродвигатель для главного при­вода станка выбирают на стадии разработки его кинематической схемы. При проектировании специального станка для всех элементов цикла определяют эффективную мощность резания. Пользуясь кинематической схемой главного привода и зависимостью (4.4), вычисляют его коэффициент полезного дейст­вия ( или в зависимости от сложности привода принимают равным 0,75... 0,85).

Электродвигатель выбирают по расчетной номинальной мощности:

где максимальная мощность резания в цикле работы станка; коэффициент перегрузки: в зависимости от режима работы двигателя.

Если при разработке главного привода универсального станка определить номинальную мощность его двигателя бывает затруднительно из-за отсутст­вия исходных данных, можно подобрать двигатель исходя из технических па­раметров лучших отечественных и зарубежных станков.

О выборе двигателя для разработанного привода. После того как механи­ческая часть главного привода разработана, определяют постоянные и на­грузочные потери в ней, а также мощность на приводном двигателе:

Если проектируют специальный станок, мощность на двигателе вычисляют для каждого элемента цикла работы станка. Двигатель выбирают с учетом режима его работы.

Выбор двигателя для работы в продолжительном режиме S1. Продолжи­тельный режим 57 характерен для двигателей главного привода тяжелых то­карных, шлифовальных и зубообрабатывающих станков. Номинальную мощ­ность двигателя (кВт) определяют по мощности резания Р и КПД механической части привода [ 4, 20]:

(4.5)

Выбор двигателя для работы в повторно-кратковременном режиме S3.

Повторно-кратковременный режим работы характерен для двигателей глав­ного привода станков-автоматов, полуавтоматов, отрезных станков. Для них рекомендуется применять асинхронные двигатели с повышенным скольже­нием серии 4АС [4, 37]. Если время работы двигателя в цикле станка (с), продолжительность паузы "(с ),то расчетная продолжительность включения двигателя

Когда номинальную мощность двигателя определяют по зависимости (4.5), а двигатель выбирают по каталогу [ 27], принимая во внимание, что для них номинальным режимом работы является повторно-кратковремен­ный при ПВ = 40 %.

Если расчетная продолжительность включения отличается от 0,4, т.е. от ПВ = 40 %, определяют мощность, которую может развивать двигатель при расчетной продолжительности включения:

где стандартная продолжительность включения (для двигателей серии 4АС принята равной 0,15; 0,25; 0,40; 0,60; 1,00);номинальная мощность двигателя при стандартном ПВ, соответствующем (кВт), приве­денная в каталоге [ 27].

При этом ε_i. берут ближайшей к ε.. Двигатель выбирают по мощности Р_ε.

Выбор двигателя для работы в режимах S4 и S5 с частыми пусками и торможениями или реверсами. Двигатели выбирают по предельно допустимо­му числу пусков в час.

Зная заданную мощность на шпинделе станка, определяют с учетом КПД привода мощность на валу двигателя и по каталогу выбирают ближайший по мощности двигатель. По его технической характеристике, параметрам разра­ботанной механической части главного привода, продолжительности цикла ра­боты станка t_ц, времени работы двигателя в цикле и продолжительности паузы находят: продолжительность включения е; отношение статического мо­мента сопротивления М_с к номинальному моменту М_н выбранного двигателя: коэффициент к_m (по рис. 4.6); коэффициент инерции F_i, = где /_Д- момент инерции ротора двигателя, кг-м²; I_м - приведенный к валу двигателя момент инерции механизма главного привода, кг-м²; отношение суммарных потерь предварительно выбранного двигателя при номинальной мощности Р в длительном режиме работы к суммарным потерям при мощности Р_е, соответствующей повторно-кратковременному режиму,

где η - КПД двигателя при номинальной мощности; η_ε- КПД двигателя при мощности, соответствующей повторно-кратковременному режиму с продол­жительностью включения 6.

Затем для предварительно выбранного двигателя по каталогу [ 27] нахо­дят условно допустимое число h₀ пусков в час при отсутствии статической и динамической нагрузок. Вычисляют допустимое число h пусков двигателя в час с учетом реальных нагрузок и режима работы:

Если двигатель тормозится противовключением или реверсируется, до­пустимое число включений или реверсов получают делением найденного зна­чения h на 4.

Определяют минимальную допустимую продолжительность цикла работы станка (с):

Если больше заданной продолжительности цикла , двигатель выбран неправильно. Необходимо взять более мощный двигатель и повторить для него расчет.

Если заданы время разгона (пуска) и время торможения шпинде­ля станка, двигатель проверяют и по этим критериям. Сначала вычисляют номинальный момент двигателя (Н-м)

и средний пусковой момент (Н-м)

где каталожное значение отношения максимального момента двигателя к номинальному ; каталожное значение отношения его пускового момента к номинальному.

Затем определяют время пуска и время торможения шпинделя, (с):

где средний момент торможения, Н-м :

Время реверсирования шпинделя

Если продолжительности пуска, торможения и реверсирования недопусти­мо велики, надо взять по каталогу следующий двигатель и повторить расчет.

Выбор двигателя для работы в перемежающихся режимах S6-S8, Эти режимы в металлорежущих станках встречаются наиболее часто. Цикл работы двигателя может включать следующие элементы: пуск для разгона шпинделя при статическом моменте сопротивления привода и моменте инерции, приведенном к валу двигателя, равном . ; работа при мощности на валу двигателя в течение времени ; торможение противовключением; пауза в течение времени t перед изменением частоты вращения шпинделя; разгон шпинделя при и ; работа при в течение времени ; торможение противовключением; пауза для снятия обработанной детали и установки заготовки и др. Двигатель выбирают следующим образом.

Строят цикловой нагрузочный график. Для этого на оси абсцисс откладывают продолжительности ;-х интервалов цикла, на оси ординат — значения мощности двигателя в /-м интервале (рис. 4.7).

По нагрузочному графику определяют наибольшую мощность и мощность потерь в /-м интервале:

где КПД электродвигателя, соответствующий мощности Р_j- [27].

Вычисляют среднюю мощность потерь за цикл работы станка:

где число интервалов в цикле; время цикла.

По перегрузочной способности производят предварительный выбор двига­теля по каталогу. Для этого его номинальную мощность Р определяют исходя из наибольшей мощности в цикле работы:

где коэффициент перегрузки: при предварительном выборе двигателя.

Выбранный двигатель проверяют на нагрев по методу средних потерь. Для этого находят номинальное значение потерь мощности в двигателе при работе с номинальной мощностью Р в режиме S1

и проверяют выполнение условия

(4.6)

Если условие (4.6) не выполняется, предварительно выбранный двигатель для данного привода не подходит по нагреву.

По каталогу выбирают следующий, более мощный двигатель и повторяют расчет.

Более точная методика выбора двигателя включает учет потерь энергии (кДж) в нем при пуске

торможении

и реверсировании

Снижение эффективности охлаждения отключенного электродвигателя (во время паузы t_о) учитывают коэффициентом β₀ , а при пуске и торможе­нии (вследствие снижения частоты вращения) - коэффициентом β₁ , Для дви­гателей 4АН с Р = 1... 100 кВт и с синхронной частотой 1500 об/мин коэффи­циента для двигателей меньшие значения относятся к большей мощности). Коэффициент

Таким образом, уточненные средние потери мощности (кВт) в электро­двигателе; за цикл работы в повторно-кратковременных режимах S4, S5

Если с учетом уточненных потерь за цикл работы условие (4.6) не выпол­няется, следует выбрать более мощный двигатель и повторить расчет.