2. Расчетная часть

1. Проверочный расчет двигателя

Тихоходный вал редуктора за время кантования совершает один оборот.

С учетом этого частота вращения тихоходного вала редуктора будет равна

Для привода кантователя будет применятся восьми полюсной асинхронный двигатель, работающий от преобразователя частоты без реверса направления вращения, с рекуперацией энергии при опускании.

Приняв номинальную частоту вращения двигателя равной 740 об/мин, получим расчетную величину передаточного числа редуктора

Исполнение редуктора ­– червячно-цилиндрический.

Номинальный момент развиваемый двигателем

Т аблица 2.1­ – Паспортные данные выбранного двигателя

Т ип B21F315M8PINIRGKTYHW

Мощность, кВт 75

Частота вращения, об/мин 740

Напряжение, В 380

Частота, Гц 50

Относительный пусковой ток 6.0

Относительный пусковой момент 2.0

Относительный опрокидывающий момент 2.3

Степень защиты IP55

Охлаждение принудительное

Момент инерции, кг м² 3.38

Относительный тормозной момент 1.7

Схема соединения обмотки звезда

Номинальный ток, А 150.5

Рассчитаем нагрузку на привод.

Максимальный статический момент при подъеме рычагов с металлом (двигательный режим) приведенный к валу двигателя.

где =135269 – согласно диаграмме нагрузок;

=0.85 0.96=0.816 – КПД глобоидно-цилиндрического редуктора.

Максимальный статический момент при опускании рычагов с металлом (генераторный режим) приведенный к валу двигателя

Кратность максимальных статических моментов

Изменение статических моментов кривошипного механизма происходит по закону близкому к синусоидальному. Поэтому эффективное значение моментов меньше в отношении к соответствующим в раз, т. е.

Соответственно

Электродвигатель в статике перегружается почти в 2 раза, что приближается к относительному опрокидывающему моменту.

Если допустимо по технологии, можно увеличить время кантовки листа до 10 с. За счет этого частота вращения тихоходного вала редуктора снизится до об/мин, а передаточное число редуктора увеличится до 123.33, приведенные статически моменты при этом составят следующие максимальные величины (при КПД редуктора равному 0.78)

В этих условиях двигатель B21F315M8(75кВт, 740 об/мин) может быть использован.

Поскольку БОТС рекомендует сохранить время кантовки листа – 7.5 с, то принимаем двигатель на один габарит больше, т. е.

Т аблица 2.2 ­ – Характеристики выбранного двигателя

Т ип B21F315Mх8

М ощность, кВт 90

Ч астота вращения, об/мин 740

Н апряжение, В 380

Ч астота, Гц 50

О тносительный пусковой ток 6.0

О тносительный пусковой момент 1.9

О тносительный опрокидывающий момент 2.2

С тепень защиты IP55

Охлаждение принудительное

М омент инерции, кг м² 3.65

О тносительный тормозной момент 1.4

М асса, кг 1079

Н оминальный ток(при 400В), А 172

Н оминальный момент развиваемый двигателем

Приведенные статически моменты при этом составят следующие максимальные величины (при КПД редуктора равному 0.925)

Необходимость оснащения двигателя вентилятором обосновывается тем, что:

– питающее напряжение не гарантируется стабильным. При снижении напряжения, например, на 10%, момент, развиваемый двигателем снижается до величины 0.81 от номинального.

– даже при номинальном напряжении двигатель в статике (при подъеме) перегружается относительно номинального момента.

– помимо статической (кратковременной ) перегрузки двигатель будет испытывать также динамические нагрузки, обусловленные необходимостью разгона двигателя до номинальной частоты вращения.

Для сведения к минимуму ударов при встречи скантованного листа с поверхностью роликов рольгана необходимо предварительно снижение скорости (т. е. частоты вращения двигателя) до уровня (от 0.1 до 0.2) n_н. Двигатель при опускании листа на рольган работает в генераторном режиме. Принимаем w_n= w_н=11.62 (с^-1).

Момент начала предварительного торможения привода в генераторном режиме принимаем соответствующим угловому положению выходного вала редуктора =296⁰,а момент окончания предварительного торможения

=305⁰.

З ададимся временем предварительного торможения равному 0.7 с. При этом условии результирующий момент (момент торможения) на валу двигателя будет равен

Угол поворота ведомого вала редуктора за время предварительного торможения (t_T1=0.7 с)

Время окончательного торможения привода кантователя (на холостом ходу ) принимаем равным 0.2 с. Тогда момент торможения будет равен (на валу двигателя)

=38.8 – средний статический момент холостого хода, действующий в период окончательного торможения привода при опускании рычагов.

Угол поворота ведомого вала редуктора за время t_T2=0.2 с

В статических режимах (с установленной скоростью) статический момент, соответствующий конкретному угловому положению ведомого вала редуктора по диаграмме, уравновешивается моментом, развиваемым двигателем:

– от исходного положения до 165⁰ в двигательном режиме (1-й квадрант регулирования);

– от 165⁰ и до исходного положения – в генераторном режиме (2-й квадрант, так как направление вращения не изменяется, а нагрузка сменила свой знак).

Раскладка углов и времени:

• α_р= 14.4⁰ (двигательный режим), таким образом =0.6 с ;

• α_у1= 165⁰-14.4⁰= 150.6⁰ (двигательный режим, w_н=77.493с^-1), таким образом =3.14 с ;

• α_у2= 296⁰-165⁰= 131⁰ (генераторный режим, w_н=77.493с^-1), таким

образом =2.73 с ;

• α_Т1= 14.3⁰ (генераторный режим, предварительное торможение с металлом), таким образом =0.7 с ;

• α_Т2= 6.9⁰ (генераторный режим, окончательное торможение, на холостом ходу), таким образом =0.2 с ;

• α_у3= 360⁰-( α_р +α_у1 +α_у2 +α_Т1 +α_Т2 )= 360⁰ – 317.2⁰= 42.8⁰ (генераторный режим, холостой ход на пониженной скорости w_n=0.15w_н=11.63с^-1), таким образом =5.94 c .

Эквивалентный момент на валу электропривода за врем цикла определим по формуле

где M_э↑=1257.6 Н∙м;

M_т↓=796.6 Н∙м;

M_хх=633Н∙м.

Относительная продолжительность включения привода

Эквивалентный момент, приведенный к стандартной относительной продолжительности включения привода

Таким образом исходя из выше рассчитанного соотношения электродвигатель не будет перегревается.

M(Нм)

t(c)

Рисунок 2.1 – Нагрузочная диаграмма M(t)

M(Нм)

n(об/мин)

Рисунок 2.2 – Естественная механическая характеристика

Регулирование частоты вращения асинхронного двигателя изменением частоты питающего напряжения. Так как частота вращения магнитного поля статора nо = 60f/р, то регулирование частоты вращения асинхронного двигателя можно производить изменением частоты питающего напряжения.

W_e(p)

W_m(p)

C₁₂/p

1/(J_ep)

k_p/p

Рисунок 2.3  Структурная схема базовой системы

Передаточная функция механической части двигателя с учетом приведенного к валу двигателя момента инерции механизма

Момент инерции вала равен

Рассчитаем жесткость по следующей формуле

Рисунок 2.4  Принципиальная схема базовой системы

Рисунок 2.5  Модель электропривода в Matlab

w(c^-1)

t(c)

Р исунок 2.6  График переходных процессов w(t).

M(Нм)

t(c)

Рисунок 2.7  График переходных процессов M(t).