6. Выбор основного силового оборудования

Чтобы планшайбы вращалась, двигатель должен преодолевать статический момент резки М_с. Если М≠М_с, то возникает динамический момент и возникает движение.

Уравнение движения электропривода в общем виде в двигательном режиме (1.11):

, (1.11)

где М – момент двигателя;

  – угловое ускорение;

J приведенный момент инерции.

В зависимости от равенств статического момента и момента на валу двигателя, различают варианты движения:

1) M>М_с, тогда   ускорение ЭП (скорость ω ↑)

2) M=М_с, тогда   (частный случай ω=0), → ЭП вращается с постоянной скоростью;

Для предварительного выбора двигателя по известной нагрузочной диаграмме механизма можно найти средний момент статической нагрузки [10]. Средний момент статической нагрузки является суммой моментов на всех интервалах времени, деленных на сумму всех интервалов времени (1.12).

, (1.12)

где    – момент статической нагрузки на i-ом интервале;

– продолжительность i-ого интервала;

n – число интервалов, где M_с=const.

Так как статическая нагрузка прикладывается только на одном интервале от 50 до 160 секунд, то и номинальный момент двигателя можно рассчитать по формуле (1.13):

Нм (1.13)

 Работа резания, совершаемая в одну секунду, называется мощностью резания и обозначается . Выражение мощности в технике имеет разные единицы измерения, в данном случае мощность выражается в киловаттах. Мощность резания можно определить из формулы (1.14):

кВт, (1.14)

где Pz — сила резания, Н;

v — скорость резания, м/с;

60, 1000 — коэффициент перевода скорости резания в м/сек. Чтобы станок мог выполнять работу, мощность на шпинделе Nшп должна быть равна или больше мощности, необходимой на резание [11], т. е. должно соблюдаться условие (1.15):

(1.15)

На шпиндель мощность поступает от электродвигателя, при этом часть ее затрачивается на преодоление сил трения в механизме редуктора. Следовательно, мощность двигателя всегда больше мощности на шпинделе.

Отношение мощности на шпинделе Nшп к мощности двигателя Nд называется коэффициентом полезного действия станка η и находится по формуле (1.16):

(1.16)

Коэффициент полезного действия (к. п. д.) показывает, какая часть мощности электродвигателя может быть полезно использована на резание. Для токарных станков с коробкой скоростей его среднее значение составляет η=0,7–0,8.

Вычислим мощность на шпинделе станка по формуле (1.17):

кВт, (1.17)

где n – частота вращения, об/мин.

Из расчетов видно, что мощность на шпинделе станка больше мощности резания, значит, выполняется условие (1.15) и расчеты произведены верно.

По формуле (1.18) рассчитаем минимальную требуемую мощность двигателя для выполнения этой работы:

кВт, (1.18)

где ω - скорость вращения двигателя в рад/с,

λ – перегрузочная способность двигателя по паспорту равная 2,5,

1.2 – коэффициент запаса [12].

По каталогу асинхронных электродвигателей SIEMENS выберем подходящий нашим условиям работы двигатель. Так как, фасочный станок рассчитан для работы снятия фаски с торца труб различного диаметра и толщины стенки, а приведенные расчеты двигателя применимы к трубе диаметром 1420 мм и толщиной стенки 25,8 мм, которые являются максимально возможными параметрами выпускаемых труб, то двигатель выберем по характеристикам, приведённым в каталоге асинхронных электродвигателей SIEMENS.

Из каталога двигателей отметим двигатель SIEMENS 1ph7 286 с принудительной вентиляцией, мощность которого равна 210 кВт, развиваемый момент = 1745 Нм, n_ном=1150 об/мин, n_max=3300 об/мин, I_ном=414 А.

Рисунок 1.6 – Электродвигатель SIEMENS 1ph7 286

1. Проверка выбранного двигателя по условию нагрева и перегрузке

В практике электропривода наибольшее распространение получил метод эквивалентного момента. Значение эквивалентных величин находятся по уравнению (1.19):

, (1.19)

где – эквивалентный момент при стандартном значении продолжительности включения , на которое выбран двигатель.

– фактический эквивалентный момент, который рассчитывается по формуле (1.20):

, (1.20)

где , ,… – значения моментов на отдельных участках нагрузочных диаграмм;

– времена этих участков.

Определим фактическую продолжительность включения по формуле (1.21):

(1.21)

Стандартная продолжительность включения выбирается ближайшая к фактической. В нашем случае это 1. Тогда, произведем расчет согласно формуле (18):

Нм

Двигатель удовлетворяет условиям проверки по нагреву, если справедливо уравнение (1.22):

, (1.22)

где – номинальный момент выбранного двигателя.

Проверим уравнение (1.22), подставив значения рассчитанного эквивалентного момента и номинального момента двигателя.

1239=0,71∙1745

Отсюда можно сделать вывод, что условие уравнения (1.22) удовлетворено и двигатель проходит проверку по нагреву. После проверки двигателя на нагрев его проверяют на перегрузку по уравнению (1.23):

, (1.23)

где , – максимальное значение момента в нагрузочной диаграмме и коэффициент перегрузки соответственно.

Согласно расчетам, можно сказать, что проверка двигателя на перегрузку удовлетворяет условию уравнения (1.22) и двигатель выбран правильно.