Раздел 20. Минимизация массы и стоимости электромеханического привода

Снижение веса и габарита машин при одновременном увеличении надежности, долговечности и улучшение их качественных показателей являются важнейшими условиями дальнейшего прогресса в машиностроении. В связи с этим повышаются требования к ресурсосбережению, массогабаритным и эргономическим характеристикам.

Цель раздела - определение по главному параметру редуктора и электродвигателя их массы, стоимости на этапе технического проектирования для заданной схемы привода средств механизации пищевых машин. Дело в том, что для нахождения варианта с минимальной стоимостью привода достаточно сравнения по стоимости электродвигателей с различной частотой вращения и редукторов с различными передаточными числами, так как стоимости рамы, муфты, ременной или цепной передачи и других элементов для конкретного привода машины составляют примерно равную величину.

Проектирование начинают с ознакомления с техническим заданием (ТЗ) на проект. ТЗ на проектирование машины проектная организация получает от заказчика, где перечислены основные требования.

Задание на курсовой проект можно рассматривать как часть реального ТЗ.

Исходные данные (рис.1 и 2). F_t – окружная сила в Н на барабане ленточного или на звездочке цепного конвейера; v – скорость движения ленты или цепи в м/c; D_б – диаметр барабана в мм; z_ЗВ – число зубьев и р_ЗВ – шаг тяговой цепи. Для рис. 3 и 4. Т_В – вращающий момент в Нм и n_C – частота вращения рабочего органа. Указывается режим работы привода и планируемый срок службы (ресурс).

Кинематический расчет привода

Двигатель является преобразователем электрической энергии в механическую и одним из основных элементов машинного агрегата. Для электромеханических приводов рекомендуются трехфазные асинхронные короткозамкнутые двигатели серии 4А. Эти двигатели универсальны, поэтому применяются в различных условиях эксплуатации. Они имеют закрытое и обдуваемое исполнение.

Двигатели серии 4А применяются для приводов установок, имеющих слабоизменяющуюся нагрузку при длительном режиме работы. Например, в приводах средств малой механизации, конвейеров, пищевых машин, грузоподъемных устройствах легкого и среднего режимов работы. Технические данные этих двигателей приведены в разделе справочные данные.

Рис.1 Рис.2

Рис.3 Рис.4

Учитывая относительно высокие пусковые плотности электродвигателей серии 4АС, целесообразно для механизмов с временем пуска до 3 с и числом включений до 120 в час.

Для машин циклического действия, работающих в повторно – кратковременном режиме менее 600 с, применяются электродвигатели серии 4МТ, например, в кранах, подъемниках, штабелерах и т.д.

Требуемая мощность привода механизма подъема груза в кВт

(1)

где G_ГР – вес номинального поднимаемого груза механизма подъема в Н; v_ГР – скорость груза в м/c;

– КПД полиспаста;

– КПД привода.

Для машин непрерывного действия требуемая мощность привода будет (схема 1 и 2)

(2)

где К_А – коэффициент внешней динамики;

F_m – тяговое усилие конвейера для усредненной производительности в период установившегося движения в Н;

v – скорость тягового органа в м/c.

Мощность привода при заданном усредненном моменте на валу рабочего органа в кВт (рис. 3 и 4).

(3)

здесь Т_р.о – крутящий момент в период установившегося движения для усредненной производительности;

- угловая скорость в1/c;

– частота вращения рабочего органа в об/мин.

Общий коэффициент полезного действия (КПД) привода

а) для привода ленточного конвейера (ЛК) (рис. 1)

где - КПД муфты, соединяющей электродвигатель с редуктором (рис.1);

- КПД закрытой зубчатой пары редуктора Ц1У;

- КПД пары подшипников качения редуктора;

- КПД муфты, соединяющей выходные валы редуктора и конвейера;

- КПД подшипников опоры приводного вала конвейера.

б) для привода пластинчатого конвейера (ПК) (рис. 2)

в) для привода двухвинтового пресса для отжима влаги из каныги свиней, мелкого и крупного рогатого скота (рис. 3)

здесь - КПД подшипника скольжения промежуточного блока зубчатых колес;

- КПД подшипника скольжения двухвинтового пресса.

г) для привода двухвинтовых питающих шнеков волчка (рис. 4)

здесь - КПД червячной пары для предварительного расчета;

Таблица 1

Тип передачи или устройства	- КПД
Зубчатая цилиндрическая закрытая Зубчатая коническая закрытая Червячная закрытая пара при z1 = 1 z1 = 2 z1 = 4 Подшипники качения (одна пара) Подшипники скольжения (одна пара) Ременная плоская клиновая поликлиновая Цепная передача Муфта типа МУТО типа МУВП типа МЗ Планетарный редуктор одноступенчатый двухступенчатый	0,98 0,97 0,75 0,85 0,9 0,99…0,995 0,96 0,96 0,95 0,94 0,93 1 0,98 0,99 0,9…0,95 0,85…0,9

Далее по табл. 4 (справочные данные) подбирают электродвигатель с мощностью Р_Э, кВт и частотой вращения ротора n_Э, мин^-1 ближайшими к Р_ТР. При подборе Р_Э допускается перегрузка двигателя до 8% при постоянной и до 12% при переменной нагрузке.

Для поиска оптимального варианта привода необходимо знать пределы передаточных чисел редуктора, освоенные передовыми странами мира (табл. 2).

Таблица 2

Название редуктора	Схема редуктора	Передаточное число
		uБ	uТ
Двухступенчатый по развернутой схеме а) узкий типа 1Ц2У	uP = 8…40 при мм и Нм uP = 8…50 при мм и Нм	= 0,315…0,4
б) с раздвоенной тихоходной ступенью типа 2Ц2У	uР = 8…50 Нм	= 0,4…0,5
Двухступенчатый соосный с внешним зацеплением Ц2С	uР = 8…31,5	= 0,315…0,4
Двухсту-пенчатый соосный с внутренним зацеплением Ц2Свн
Двухступенчатый коническо – цилиндрический КЦ1	uР = 6,3…28	= 0,315
Двухступенчатый цилиндрическо- червячный ЦЧ	uР = 63…180	2…3,15
Двухступенчатый планетарный		4 uP /6,3 10	6,3 0,1uP

Уточнение передаточных чисел привода

Общее передаточное число привода

. (4)

Допустим, привод, кроме редуктора, имеет открытую (ременную, цепную или зубчатую) передачу. Обычно ременная передача ставится до редуктора. Передаточное число ременной передачи подбирается таким образом, чтобы диаметр ведомого шкива был меньше или равен 1,2d_2Т диаметру колеса тихоходной ступени ( ).

С другой стороны, . Далее разбивка передаточного числа редуктора по ступеням приведена в таблице 2.

Определение мощности валов для привода пластинчатого конвейера (рис. 2) в кВт