Расчет мощности электродвигателя главного движения

Привод главного движения продольно-строгального станка работает в перемежающемся режиме с частыми реверсами (S7). Исходными данными для определения предварительной мощности электродвигателя и построения нагрузочной диаграммы являются:

1. Наибольшие составляющие усилия резания, горизонтальная F_z.макс и вертикальная F_y, Н;

2. Наибольшая скорость прямого хода стола V_пр и обратного хода V_{обр.макс}, м/мин;

3. Наибольший вес обрабатываемой детали G_g и стола G_e, Н;

4. Кпд передачи (до рейки стола) при полной нагрузке, η;

5. Длина хода стола L, и коэффициент трения стола о направляющие μ (принимается равным 0,005...0,08);

6. Суммарный момент инерции вращающихся и поступательно движущихся частей механизма привода и стола с деталью.

Расчет мощности и выбор двигателя станка начинается с определения максимального тягового усилия, соответствующего наиболее тяжелому режиму работы.

Мощность на валу электродвигателя находится по формуле:

(27.10)

Предварительный выбор мощности производится с учетом способа регулирования скорости. При однозонном регулировании с постоянным моментом

(27.11)

Номинальная скорость вращения двигателя определяется из выражения

. (27.12)

где: - радиус приведения скорости стола к валу двигателя.

При двухзонном регулировании, предварительно задаются диапазоном регулирования скорости изменением потока двигателя. , затем определяют расчетное значение скорости

. (27.13)

Мощность электродвигателя варьируют, исходя из соотношения

. (27.14)

Отсюда следует, что использование мощности двигателя при двухзонном регулировании более полное. Например, при D_ф.расч=2, установленная мощность двигателя при однозонном регулировании будет в два раза больше, чем при двухзонном.

После выбора электродвигателя для проверки его на нагрев и перегрузочную способность строят тахограмму и нагрузочную диаграмму электропривода, которые включают (рис.27.2) несколько участков.

Разгон и торможение электродвигатели могут осуществляться скачкообразным изменением уставки скорости. При этом ускорение определяется узлом ограничения тока или задатчиком интенсивности. На рис.27.2 показано построение нагрузочной диаграммы при ограничении тока.

Работа станка начинается с разгона стола с обрабатываемой деталью до скорости V₁ (время t₁). При этом двигатель развивает максимально допустимый момент М₁=М_макс. Момент нагрузки в этом режиме равен М_с2, соответствующим усилию , гдеG_c, G_g вес стола и детали соответственно. Резец входит в деталь на установившейся скорости ω₁ (время t₂). На участке t₂ скорость стола и двигателя ω₁=const. Горизонтальные участки пониженной скорости в тахограмме привода при входе резца в деталь и выходе его из детали не является обязательными [4-29]. Скорость при врезании не должна превосходить заданного по условиям технологии значения.

Рис.27.2. Нагрузочная диаграмма и тахограмма прямого и обратного хода электропривода главного движения продольно-строгального станка

На участке t₃ усилие , а моментМ₃ соответствует усилию F₃, резец находится в соприкосновении с деталью. Далее стол разгоняется до скорости V_пр(ω_пр) под действием момента М_дин=М_макс-М₃, который существенно меньше динамического момента при разгоне стола до сопрокосновения резца с деталью (время t₁). На участке t₅ имеет место режим работы на установившейся скорости, М₅=М₃. На участке t₆ осуществляется торможение привода стола до скорости V₁(ω₁), на которой резец выходит из детали. При торможении двигатель развивает максимальный момент М₆=М_макс. На участке t₇ стол двигается в прямом направлении со скоростью V₁(ω₁), на которой резец выходит из детали. Затем осуществляется реверс привода. Скорость движения стола в противоположном направлении V_обр выбирается в 2...3 раза большей [4-9], чем в прямом направлении. Разгон станка и его торможение производится при моменте М_макс двигателя. Усилие на участках обратного хода обусловлено только трением в направляющих . По окончании обратного хода дается команда на разгон электродвигателя в прямом направлении.

При пуске электродвигателя под контролем задатчика интенсивности нагрузочная диаграмма для прямого хода стола примет вид, представленный на рис.27.3. Здесь ускорение при движении стола без соприкосновении резца с деталью и при соприкосновении не изменяется, а момент двигателя изменяется за счет изменения момента сопротивления движению.

Рис.27.4. Упрощенная нагрузочная диаграмма продольно-строгального станка

Рис.27.3. Нагрузочная диаграмма и тахограмма прямого хода электропривода главного движения продольно-строгального станка при пуске и торможении под контролем задатчика интенсивности

Для проверки на нагрев предварительного выбранного электродвигателя при его работе с ограничением тормозного тока, и однозонном регулировании скорости используют приближенную нагрузочную диаграмму электропривода (рис.27.4) [4-30]. Эта нагрузочная диаграмма строится, исходя из следующих допущений: не учитывается понижение скорости стола при врезании резца и выходе его из детали; прямой ход стола производится при номинальной мощности резания со скоростью V_пр; разгон и торможение производится при холостом ходе под действием М_п=М_т=М_{дв.макс}. Затем, с учетом того, что двигатель имеет независимую вентиляцию, определяют эквивалентный момент по формуле:

(27.15)

где: М_п, М_т.обр, М_рев – пусковой, тормозной и реверсивный моменты двигателя, М_п=М_т.обр=М_рев=М_макс; t_п.пр, t_рев, t_пр, t_обр, t_т.обр, t_ц - время пуска при прямом ходе, время реверсирования, время установившегося движения при прямом ходе и обратном ходе, время торможения при обратном ходе, время цикла соответственно.

Время пуска и торможения при прямом ходе определяется из выражения

, (27.16)

Время пуска и торможения при обратном ходе определяется также по формулам (27.16), но вместо скорости (V_пр)ω_пр подставляется значение скорости ω_обр(V_обр).

Время движения при прямом ходе определяется по формуле

, (27.17)

а при обратном

, (27.18)

где: L - длина обрабатываемой поверхности детали, м.

Предварительно выбранный двигатель будет удовлетворять условиям нагрева, если М_экв≤М_ном. В случае регулирования угловой скорости ослаблением поля двигателя нужно строить зависимость тока двигателя от времени и проверять его по методу эквивалентного тока.