С.Л. Новокщенов, А.Ю. Бойко, Г. Л. Дегтярёв
ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ
И УПРАВЛЕНИЕ КШО
В
ГОУВПО «Воронежский государственный
технический университет»
С.Л. Новокщенов, А.Ю. Бойко, Г. Л. Дегтярёв
ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ
И УПРАВЛЕНИЕ КШО
Курс лекций
Утверждено Редакционно-издательским советом
университета в качестве учебного пособия
Воронеж 2006
У
Новокщенов С.Л., Бойко А.Ю., Дегтярёв Г.Л. Электрооборудование и управление КШО: Курс лекций. Воронеж: ГОУВПО «Воронежский государственный технический университет», 2006. 168 с.
В курсе лекций «Электрооборудование и управление КШО» изложены состав, назначение и основные методы проектирования электрооборудования кузнечно-штамповочных машин с применением систем автоматизации чертежно-графических работ в соответствии с ЕСКД, рассматриваются принципы автоматизации кузнечно-штамповочных машин.
Издание соответствует требованиям Государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования по направлению 150200, специальности 150201, дисциплины «Электрооборудование и управление КШО».
Курс лекций подготовлен в электронном виде в текстовом редакторе Ms Word 2003, и содержится в файле «ЭЛЕКТР.ОБ.doc».
Табл. 11. Ил 129. Библиогр.: 8 назв.
Научный редактор профессор В. М. Пачевский.
Рецензенты: кафедра начертательной геометрии и графики
Воронежского государственного архитектурно-строительного университета (зав. кафедрой д-р техн. наук проф. Ю.А. Цеханов);
д-р техн. наук, проф. А.Н. Осинцев.
© Новокщенов С.Л., Бойко А.Ю.,
Дегтярёв Г. Л, 2006
© Оформление. ГОУВПО
«Воронежский государственный
т
Введение
В данном конспекте лекций изложены основные этапы развития и роль в производственном процессе современных систем и методов проектирования электрооборудования, базовых компонентов этих систем. Одними из основных задач инженерной деятельности при проектировании электрооборудования кузнечно-штамповочных машин является изучение схем и основных принципов работы устройств ручного и автоматического управления и принципов составления электрических, монтажных схем, а так же выполнение необходимых расчетов при проектировании электрооборудования.
Знания, полученные студентами специальности 150201 «Машины и технология обработки металлов давлением» при изучении данного курса лекций помогут при выполнении дипломных проектов.
ЧАСТЬ 1 ЭЛЕКТРОПРИВОД
КУЗНЕЧНО-ШТАМПОВОЧНЫХ МАШИН
Лекция №1
Понятие о электрическом приводе
кузнечно-штамповочных машин
Теоретические вопросы:
Назначение и основные этапы развития электрических приводов кузнечно-прессовых машин
Характерные черты современного электропривода кузнечно-штамповочных машин
Типы и конструктивные формы электродвигателей
Назначение и основные этапы развития электрических приводов кузнечно-прессовых машин
Каждая кузнечно-штамповочная машина должна обеспечивать производство изделий в необходимом количестве и при наименьшей стоимости изделия. И для обеспечения этих требований с ее технологическим назначением должны быть должным образом согласованы свойства главного привода машины.
У наиболее распространенных машин необходимая скорость пластической деформации обеспечивается за счет конструктивных особенностей ее привода. Вообще, под приводом кузнечно-прессовой машины будем понимать машинное устройство, состоящее из двигателя и механических передач, сообщающих движение рабочим органам машины. В зависимости от типа двигателя различают гидравлические, паровые, электрические и другие приводы.
При управлении машинами человек выполняет три функции:
осуществляет связь между различными исполнительными органами;
контролирует ход технологического процесса и поддерживает установленный режим;
выбирает оптимальный режим работы.
Однако число однообразных процессов работы в промышленности постоянно растет, а время производственного цикла одного изделия непрерывно сокращается. И в таких экстремальных условиях заменить человека способна автоматика. Поэтому в современном кузненчо-штамповочном производстве и машиностроении особое место принадлежит средствам электрической автоматизации и электрическому приводу.
Электрическим приводом может быть названо устройство, состоящее из: электродвигателя, аппаратуры управления, механических передач, связывающих электродвигатель с рабочими органами кузнечно-штамповочной машины.
Продолжительное время для приводов всех кузнечно-штамповочных и других производственных машин применяли одну паровую машину достаточной мощности. Машину и котел устанавливали в отдельном здании на заводском дворе. Движение от паровой машины передавалось в производственное здание (обычно многоэтажное) при помощи ременных и канатных передач. Внутри производственных помещений движение распределялось посредством многочисленных трансмиссий. Это был общезаводской паровой привод.
В дальнейшем паровую машину заменил электродвигатель. Установка из паровой машины, связанной с генератором электрической энергии, превратилась в отдельную электрическую станцию, которую можно было построить в стороне от завода. Электрические станции стали строить вблизи залежей угля, торфа и пр. Электродвигатель устанавливали в заводском корпусе, поэтому отпала необходимость в механической передаче движения через заводские дворы и стены корпусов. Это был общезаводской электрический привод.
Однако неудобства распределения энергии внутри здания посредством междуэтажных механических передач послужили причиной возникновения группового привода. В этом случае производственные машины разбивали на большие группы, приводимые в движение отдельными электродвигателями большой мощности.
Но движение к отдельным машинам по-прежнему передавалось посредством трансмиссий. При этом в цехах необходимо было устанавливать многочисленные валы и ременные передачи, которые затемняли помещение, увеличивали процент пыли в воздухе и т.д. Такой привод был малоэкономичным, так как потери в трансмиссиях были велики. Групповой привод был характерен для промышленных предприятий России конца XIX начала XX вв.
Впоследствии групповой привод был заменен одиночным приводом, при котором каждая производственная машина снабжалась отдельным электродвигателем. При использовании одиночного привода уменьшаются строительные расходы, облегается планировка цеха и работа подъемных кранов, значительно улучшаются условия труда. Одиночный привод определяет и на конструктивные особенности оборудования. Применение электропривода со специфическими электромеханическими свойствами и с удобным конструктивным оформлением приводит к постепенному слиянию электрооборудования с элементами кузнечно-штамповочной машины.
Когда производственная машина имеет ряд подвижных узлов, перемещаемых во время работы, то в этом случае применяют отдельные электродвигатели для каждого узла. У машины, снабженной таким многодвигательным приводом, рабочий лишь управляет вспомогательными приводами посредством кнопок, переключателей и регуляторов скоростей. Многодвигательный электропривод, который обеспечивает автоматическое выполнение производственных операций и согласование отдельных движений, называют многодвигательным автоматизированным электроприводом.
В результате применения таких приводов значительно сокращается время, затрачиваемое на вспомогательные перемещения, облегчается труд и возрастает производительность.
Характерные черты современного электропривода кузнечно-штамповочных машин
Современные кузнечно-штамповочные машины (КШМ) оснащаются преимущественно индивидуальным электроприводом. Это относится в равной степени как к механическим КШМ, так и к гидравлическим прессам с насосным приводом и молотам с пневматическим компрессорным приводом.
Исключение составляют некоторые гидравлические прессы, использующие рабочую жидкость насосно-аккумуляторных станций, и паровоздушные молоты, питающиеся централизованно от заводских станций, причем в ряде случаев индивидуальный электропривод КШМ может быть и многодвигательным.
Электропривод КШМ можно разделить на следующие группы.
главный привод механических машин, снабженных маховиками.
главный безмаховиковый привод механических и гидравлических машин.
привод насосов и компрессоров, используемый в насосных станциях и установках группового питания прессов.
привод вспомогательных механизмов механических и гидравлических КШМ.
В большинстве отечественных кузнечно-штамповочных машин для главного привода используют трехфазные асинхронные электродвигатели различных модификаций, причем, как правило, при мощности привода до 75 кВт (а для привода насосов √ до 200 кВт) применяют короткозамкнутые электродвигатели различных исполнений. При мощности свыше 75 кВт предпочтительнее использовать асинхронные электродвигатели с фазным ротором.
Асинхронные электродвигатели с короткозамкнутым ротором являются наиболее распространенными в приводе эксплуатируемых и выпускаемых КШМ. Это объясняется простотой их конструкции, надежностью в работе и низкой стоимостью в изготовлении и эксплуатации. Кроме того, широкая номенклатура этих электродвигателей по мощности и частоте вращения, а также разнообразие исполнений позволяют сравнительно легко подбирать их для различных КШМ.
Характерной особенностью работы механических кузнечно-штамповых машин (прессов, автоматов, ГКМ, ножниц и др.) является резко пиковый характер нагрузки. В приводах этих машин необходимо искусственно увеличивать маховый момент привода путем установки специального накопителя энергии √ маховика.
Это дает возможность выбирать мощность электродвигателя не по максимальной нагрузке, а по условиям нагрева, и возникающие пики перегрузки выравнивать за счет кинетической энергии, запасенной маховиком в период снижения нагрузки и холостого хода.
Отдача энергии маховиком происходит в результате некоторого снижения скорости системы. Эта энергия, как известно, зависит от момента инерции привода и изменения его скорости. Поэтому одним из важных параметров приводных электродвигателей КШМ является их скольжение, определяющее возможность использования маховых колес.
В зависимости от характера нагрузочного графика и параметров привода находят оптимальное значение скольжения, которое дает наивыгоднейшее соотношение системы маховик-электродвигатель.
Для обеспечения этих условий в КШМ весьма широко применяют асинхронные короткозамкнутые электродвигатели с повышенным скольжением единых серий АОС, АОС2 и ЧАС, имеющие номинальное скольжение до 12 %. Для приводов мощностью более 75 КВт увеличение скольжения достигается путем применения асинхронных электродвигателей с фазным ротором и постоянно включенной ступенью резисторов. В этом случае резисторы в роторной цепи электродвигателя выполняют одновременно две задачи:
дают возможность в зависимости от характера рабочей операции установить необходимое скольжение, а следовательно, и оптимальный режим работы системы маховик-электродвигатель;
улучшают пусковые условия при первоначальном разгоне маховика, что для ряда цеховых сетей является не менее серьезной проблемой даже при мощностях приводного электродвигателя менее 100 кВт.
Синхронные электродвигатели в КШМ используют очень редко, т.к. для работы в приводах с маховиками они непригодны. В приводах насосов и компрессоров для гидравлических прессов и насосных станций синхронные электродвигатели находят ограниченное применение (при мощностях свыше 200 кВт), в связи с чем в учебном пособии не рассматриваются.
Типы и конструктивные формы электродвигателей
В современных кузнечно-прессовых машинах различают электрические двигатели переменного и постоянного токов. Электродвигатели переменного тока в свою очередь подразделяются на асинхронные и синхронные.
Так же в кузнечно-штамповочном машиностроении применяют синхронные двигатели и двигатели постоянного тока в защищенном исполнении.
Электродвигатели
изготавливают на стандартные напряжения
127, 220, 380 и 500 В. Один и тот же двигатель
можно включать в сети с двумя различными
напряжениями, отличающимися друг от
друга на
раз, например на 127 и 220 В, на 220 и 380 В. При
этом на меньшее из этих двух напряжений
статор электродвигателя включается
треугольником,
на большее – звездой.
Ток в фазовых обмотках электродвигателя
в обоих случаях один и тот же.
Обмотки статора электродвигателей для напряжения 500 в включаются на постоянное соединение звездой. Наиболее компактным, дешевым, надежным и экономичным в эксплуатации двигателем, сохраняющим примерно постоянную скорость вращения при изменениях нагрузки в широких пределах, является асинхронный двигатель с коротозамкнутым ротором.
При мощностях двигателя, превышающих 200 кВт, в тяжелых кузнечно-штамповочных машинах без маховика применяют также синхронные двигатели. Такие двигатели обеспечивают постоянную скорость вращения при допустимых изменениях нагрузки и при больших мощностях привода оказываются более экономичными, чем асинхронные.
Для ряда кривошипных кузнечно-штамповочных машин в целях лучшего использования маховика требуется определенная степень снижения скорости вращения двигателя при увеличении нагрузки.
Этим требованиям удовлетворяют короткозамкнутые асинхронные двигатели с повышенным скольжением, а также асинхронные двигатели с контактными кольцами и реостатом в цепи ротора. Внешние конструктивные формы двигателей определяются способом крепления электродвигателя и степенью его защиты от воздействия окружающей среды. Наиболее часто применяют нормальное исполнение двигателя (рис. 1).
Рис. 1. Нормальное исполнение главного электродвигателя
Такой двигатель можно устанавливать с горизонтальным расположением его вала лапами вниз, вверх и с креплением к вертикальной плоскости.
Промышленностью выпускаются также фланцевые двигатели (рис. 2).
-
а) внешний вид
б) двигатель, установленный на станции жидкой смазки
Рис. 2. Фланцевый двигатель
В настоящее время наиболее широко используются в приводе кузнечно-штамповочных машин двигатели серии 4А.
Вопросы для самоподготовки
Назначение и основные этапы развития электрических приводов кузнечно-прессовых машин
Характерные черты современного электропривода кузнечно-штамповочных машин
Типы и конструктивные формы электродвигателей