3.2 Предварительный выбор двигателя

Выбираем двигатель серии Д. Для сталкивателя блюмов выбираем двигатель с естественным охлаждением, номинальные данные которого определены для повторно кратковременного режима с продолжительностью включения ПВN = 40 %.

Таблица 2

Данные выбранного двигателя Д31

Параметр	Обозначение	Значение
Номинальная мощность двигателя, кВт	РN	6,8
Номинальное напряжение якоря, В	UяN	220
Номинальный ток якоря, А	IяN	37
Номинальная частота вращения, об/мин	nN	880
Максимальный допустимый момент, мН	Mmax	201
Cопротивление обмотки якоря, Ом	Rяо	0,325
Сопротивление обмотки добавочных полюсов, Ом	Rдп	0,093
Момент инерции якоря, кг∙м2	Jд		0,3
Число пар полюсов	рп		2
Максимально допустимый коэффициент пульсаций тока якоря	KI(доп)		0,15

Для дальнейших расчетов потребуется ряд данных двигателей, которые не приведены в справочнике. Выполним расчет недостающих данных двигателя:

Сопротивление цепи якоря двигателя, приведенное к рабочей температуре:

Ом (12)

где К_ш - коэффициент увеличения сопротивления при нагреве до рабочей температуры (к_ш = 1,38 для изоляции класса Н при пересчете от 20‘С).

Номинальная ЭДС якоря:

В (13)

Номинальная угловая скорость:

ΩN = nN ∙ = 880 ∙ = 92,11 рад/с, (14)

где ΩN – номинальная угловая скорость, рад/с;

nN – номинальная частота вращения, об/мин.

Конструктивная постоянная двигателя, умноженная на номинальный магнитный поток:

Вб (15)

Номинальный момент двигателя:

Нм (16)

где М_N – номинальный момент двигателя, Нм;

Момент холостого хода двигателя:

∆М = М_N - = 79,8 - = 5,975Нм, (17)

где ∆М – момент холостого хода двигателя, Нм;

– номинальная мощность двигателя, Вт.

Индуктивность цепи якоря двигателя:

Гн (18)

3.3 Расчет передаточного числа редуктора

Расчет передаточного числа редуктора i_р выполняется так, чтобы максимальной скорости рабочего органа механизма соответствовала номинальная скорость двигателя.

Передаточное число редуктора:

i_р = (19)

где i_р – передаточное число редуктора;

r_ш– радиус ведущей шестерни, м.

3.4 Расчет и построение нагрузочной диаграммы двигателя

Для проверки предварительно выбранного двигателя по нагреву выполним построение упрощенной нагрузочной диаграммы двигателя (т.е. временной диаграммы момента двигателя без учета электромагнитных переходных процессов). Для ее построения произведем расчёт передаточного числа редуктора, приведение моментов статического сопротивления и рабочих скоростей к валу двигателя, определим суммарный момент инерции привода и зададимся динамическим моментом при разгоне и замедлении привода. По результатам расчета строится нагрузочная диаграмма, а также тахограмма двигателя.

Момент статического сопротивления при толкании, приведенный к валу двигателя:

Нм, (20)

где – момент статического сопротивления при толкании, приведенный к валу двигателя, Нм;

– КПД механической передачи при рабочей нагрузке.

Момент статического сопротивления при перемещении стола на холостом ходу, приведенный к валу двигателя:

Нм, (21)

где – момент статического сопротивления при перемещении стола на холстом ходу, приведенный к валу двигателя, Нм;

– КПД механической передачи при перемещении стола на холостом ходу.

Пониженная скорость, приведенная к валу двигателя:

рад/с, (22)

где – пониженная скорость, приведенная к валу двигателя, рад/с.

Скорость прямого хода, приведенная к валу двигателя:

рад/с, (23)

где – скорость прямого хода, приведенная к валу двигателя, рад/с.

Скорость обратного хода, приведенная к валу двигателя:

рад/с, (24)

где – скорость обратного хода, приведенная к валу двигателя, рад/с.

Суммарный момент инерции механической части привода: кг∙м2, (25)

где – суммарный момент инерции механической части привода, кг∙м²;

δ – коэффициент, учитывающий моменты инерции полумуфт, ведущей шестерни и редуктора (принимаем δ = 1,2);

– момент инерции двигателя, кг∙м².

Модуль динамического момента двигателя по условию максимального использования двигателя по перегрузочной способности:

|М_дин| = k∙(М_max – М_ср ) = 0,95∙(201– 95,66) = 100,73 Нм, (26)

k – коэффициент, учитывающий увеличение максимального момента на уточненной нагрузочной диаграмме; k = 0,95.

Ускорение вала двигателя в переходных режимах:

рад/с², (27)

где ε – ускорение вала двигателя в переходных режимах, рад/с².

Ускорение стола в переходных режимах:

м/с², (28)

где а – ускорение стола в переходных режимах, рад/с².

Разбиваем нагрузочную диаграмму на 9 интервалов. Сначала рассчитываем интервалы разгона и замедления электропривода, затем интервалы работы с постоянной скоростью.

Интервал 1. Разгон до пониженной скорости.

Продолжительность интервала 1:

с, (29)

где t₁ – продолжительность интервала 1, с.

Путь, пройденный столом на интервале 1:

м, (30)

где L₁ – путь, пройденный столом на интервале 1, м.

Момент двигателя на интервале 1:

М₁ = М_с.хх + |М_дин| = 27,42 +100,73 = 128,15 Нм, (31)

где М₁ – момент двигателя на интервале 1, Нм.

Интервал 4. Разгон от пониженной скорости до скорости прямого хода.

Продолжительность интервала 4:

с, (32)

где t₄ – продолжительность интервала 4, с.

Путь, пройденный столом на интервале 4:

м, (33)

где L₄ – путь, пройденный столом на интервале 4, м.

Момент двигателя на интервале 4:

М₄ = М_ср + |М_дин| = 95,66+100,73 = 196,39 Нм, (34)

где М₄ – момент двигателя на интервале 4, Нм.

Интервал 6. Замедление от скорости прямого хода до остановки.

Продолжительность интервала 6:

с, (35)

где t₆ – продолжительность интервала 6, с.

Путь, пройденный столом на интервале 6:

м, (36)

где L₆ – путь, пройденный столом на интервале 6, м.

Момент двигателя на интервале 6:

М₆ = М_ср – |М_дин| = 27,42 – 100,73 = – 128,15 Нм, (37)

где М₆ – момент двигателя на интервале 6, Нм.

Интервал 7. Разгон до скорости обратного хода.

Продолжительность интервала 7:

с, (38)

где t₇ – продолжительность интервала 7, с.

Путь, пройденный столом на интервале 7:

м, (39)

где L₉ – путь, пройденный столом на интервале 9, м.

Момент двигателя на интервале 7:

М₉ = М_с.хх – |М_дин| = -27,42 – 100,73 = –128,15 Нм, (40)

где М₉ – момент двигателя на интервале 9, Нм.

Интервал 9. Замедление от скорости обратного хода до остановки.

Продолжительность интервала9:

с, (41)

где t₉ – продолжительность интервала 9, с.

Путь, пройденный столом на интервале 9:

м, (42)

где L₉ – путь, пройденный столом на интервале 9, м.

Момент двигателя на интервале 9:

М₉ = – М_с.хх + |М_дин| = 73,31 Нм, (43)

где М₉ – момент двигателя на интервале 9, Нм.

Интервал 2. Подход штанг к заготовке с постоянной скоростью.

Путь, пройденный столом на интервале 2:

м, (44)

где L₂ – путь, пройденный штанг на интервале 2, м.

Продолжительность интервала 2:

с, (45)

где t₂ – продолжительность интервала 2, с.

Момент двигателя на интервале 2:

М₂ = М_с.хх = 27,42 Нм, (46)

где М₂ – момент двигателя на интервале 2, Нм.

Интервал 3. Толкание на пониженной скорости.

Путь, пройденный столом на интервале 3:

м, (47)

где L₃ – путь, пройденный столом на интервале 3, м.

Продолжительность интервала 3:

с, (48)

где t₃ – продолжительность интервала 3, с.

Момент двигателя на интервале 3:

М₃ = М_ст = 95,66 Нм, (49)

где М₃ – момент двигателя на интервале 3, Нм.

Интервал 5. Толкание на скорости прямого хода.

Путь, пройденный столом на интервале 5:

м,

где L₅ – путь, пройденный столом на интервале 5, м.

Продолжительность интервала 5:

с, (50)

где t₅ – продолжительность интервала 5, с.

Момент двигателя на интервале 5:

М₅ = М_ст = 95,66 Нм, (51)

где М₅ – момент двигателя на интервале 5, Нм.

Интервал8. Возврат штанг со скоростью обратного хода.

Путь, пройденный столом на интервале 8:

м, (52)

где L₈ – путь, пройденный столом на интервале 8, м.

Продолжительность интервала 8:

с, (53)

где t₈ – продолжительность интервала 8, с.

Момент двигателя на интервале 8:

М₈ = - М_с.хх = 27,42 Нм, (54)

где М₈ – момент двигателя на интервале 8, Нм.

По приведенным выше расчетам строим упрощенную нагрузочную диаграмму и тахограмму двигателя, рис. 4.

Рис. 3. Тахограмма и нагрузочная диаграмма электропривода сталкивателя блюмов