2 Описание рабочей машины и ее технолог ического процесса

Механизм захвата манипулятора служит для обеспечения подхвата труб, которые транспортируются в пределах участка цеха. Кинематическая схема манипулятора приведена на рисунке 1.

1 и 5 – захваты;

2 – винтовая передача;

3 – редуктор;

4 – электродвигатель;

6 – труба;

Рисунок 1 – Кинематическая схема механизма захвата

При подхвате включается двигатель и посредством редуктора и винтовой передачи захваты сводятся с установившейся скоростью V_с, приподнимая и зажимая трубу. После перемещения трубы (специальным механизмом) на нужную позицию производится реверсирование механизма, захваты разводятся, обеспечивая опускание трубы. Скорость поступательного движения винта при разведении захватов V_р > V_с.

Исходные параметры и технологические требования к рабочей машине приведены в таблице 1.

Таблица 1-Технические данные механи зма захвата манипулятора

Наименование показателя	Обозначение	Размерность	Величина
Противодействующая сила	Q	кН	15
Средний диаметр нарезки винта	dв	мм	90
Угол подъема нарезки винта	α	град	5,5
Угол трения в нарезке винта	φ	град	5,9
Приведенная масса	m	т	160
Линейная жесткость механизма	cл	МН/м	80
Длинна выдвижения винта	L	мм	150
Скорость винта при сведении	Vс	мм/с	55
Скорость винта при разведении	Vр	мм/с	90
Допустимое ускорение	a	мм/с2	90
Число циклов в час	Z	-	50
Суммарное время работы, не более	tp	c	10

3 Предварительный выбор электродвигателя

Время пуска t_п до установившейся скорости с доп устимым ускорением, торможения t_т от установившейся скорости до остановки:

(3.1)

Путь, проходимый за время пуска (торможения) рабочей машиной:

(3.2)

Время установившегося режима движения со скоростью V_y:

(3.3)

тогда, для режима сведения манипулятора получим:

c;

мм;

= 2,12 с.

Для режима разведения манипулятора по формулам (1), (2) и (3) найдем

с;

45 мм;

0,667 с.

Статические сопротивления движения рабочей машины создаются силами трения скольжения в подшипниках и винтовой передаче. Учесть силы трения в подшипниках пока не выбран двигатель невозможно. Моменты сил трения в винтовой передаче:

- при выдвижении винта, преодолевающего силу Q,

(3.4)

где d_B – средний диаметр нарезки винта, м;

α – угол подъема нарезки винта, рад;

φ – угол трения в нарезке винта, рад;

- при возвратном движении винта в направлении действия силы Q:

; (3.5)

Найдем по формуле (3.4) стати ческий момент сопротивления сведению захватов:

Нм.

По формуле (3.5) определим статический момент сопротивления разведению захватов:

Нм.

Определим радиус приведения сил:

; (3.6)

где V – скорость линейного перемещения винта;

ω – угловая скорость движения винта;

h – шаг выдвижения винта за один оборот;

α – угол подъема нарезки винта;

По формуле (3.6) радиус приведения:

мм.

Для определения динамического момента рабочей машины рассчитывается момент инерции рабочего органа:

кгм² ,

где m – приведеная масса;

Определим динамический момент с уч етом величины допустимого ускорения:

Нм . (3.8)

Полный момент рабочей машины:

. (3.9)

Знак полного момента и его составляющих зависит от направления движения и режима работы.

При сведении захватов полный момент рабочей машины, по формуле (3.9), будет равен:

Нм.

При разведении:

Нм.

По результатам расчетов на рисунках 2 и 3 построены зависимости скорости рабочей машины от времени V(t) и нагрузочные диаграммы моментов для каждого режима работы.

Рисунок 2-Нагрузочная диаграмма скорости и момента рабочей машины при сведении захватов

Рисунок 3-Нагрузочная диаграмма скорости и момента рабочей машины при разведении захватов

На основе построенных нагрузочных диаграмм момента рабочей машины можно рассчитать среднеквадратичное значение момента, в котором учтены не толь ко статические нагрузки, но и часть динамических нагрузок.

(3.10)

Здесь М_К – момент на k-том участке: k=1, 2, …, m, где под участком понимается промежуток времени, в течение которого происходит разгон, торможение, работа с постоянной скоростью;

t_K – длительность k-того участка.

С реднеквадратичное значение момента по формуле (3.10):

=120,97 Нм.

При этом мощность двигателя может быть определена по соотношению:

(3.11)

где k₁ – коэффициент, учитывающий динамические нагрузки, обусловленные вращающимися элементами электропривода (двигатель, редуктор), а также потерями в редукторе. Примем k₁ = 1,4;

ПВ_Ф – фактическое значение относительной продолжительности включения проектируемого электропривода;

ПВ_К – ближайшее к ПВ_Ф каталожное значение относительной продолжительности включения для электродвигателей выбранной серии;

Фактическое значение относительной продолжительности включения ПВ_Ф рассчитываетя по длительности времени работы t_К на всех m участках движения по заданному времени цикла:

с.

где Z - число циклов работы машины в час

тогда : ;

кВт.

Выбор эле ктродвигателя произведем по каталогу двигателей краново-металлургической серии – они имеют некоторые преимущества:

• усилены обмотки статора и ротора;

• снижены моменты инерции;

• увеличена перегрузочная способность двигателей.

Выбираем двигатель так, чтобы значение его мощности при ПВ_кат было равно или несколько больше мощности, которую мы рассчитали в предыдущем пункте.

Из асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором выбираем двигатель МТF111-6, так как его мощность при ПВ=15% равна 4,5 кВт, что больше рассчитанной нами в предыдущем пункте.

Таблица 2- Технические данные двигателя МТF111-6

ПВ,%	15	40
,кВт	4,5	3,5
,об/мин	850	895
,А	12,9	10,4
	0,81	0,73
,%	66,0	70
,Н∙м	85	85
,А	21	15
,кг∙м2	0,195	0,195
,кг	76	76