2. Обеспечение рекуперации энергии в тормозных режимах.

3. Разгоны и замедления должны проходить с постоянством ускорения. Обеспечение максимально возможных ускорений в переходных режимах.

4. Статическая ошибка по скорости при резании не должна превышать 10 %.

5. Ограничение момента электропривода при механических перегрузках.

6. 2. Выбор типа электропривода

При выборе типа электропривода, прежде всего, учитывается условие работы производственного механизма. Высокая производительность и качество выпускаемой продукции могут быть обеспечены лишь при правильном учёте статических и динамических характеристик привода и рабочей машины. Кинематика, и даже конструкция рабочей машины в значительной степени определяются типом применяемого ЭП, и, наоборот, в зависимости от конструктивных особенностей исполнительного механизма привод претерпевает значительные изменения.

При выборе типа ЭП должны быть учтены: характер статического момента, необходимые пределы регулирования скорости, плавности регулирования, требуемых механических характеристик, условий пуска и торможения, числа включений в час, качества окружающей среды и т.п.

Первоначально решается вопрос о выборе регулируемого или нерегулируемого типа ЭП. В последнем случае задача значительно упрощается. Все сводится к выбору двигателя переменного тока (асинхронные двигатели). В случае с регулированием по скорости решается вопрос о выборе рода тока привода.

Применение постоянного тока может быть оправдано лишь в тех случаях, когда привод должен обеспечивать повышенные требования к плавности регулирования скорости. Приводы постоянного тока используются в механизмах, работающих в повторно-кратковременном режиме: краны, подъёмные механизмы, вспомогательные механизмы металлургической промышленности (шлепперы, рольганги, нажимные устройства).

В случае приводов повторно-кратковременного режима тип двигателя определяется из условий получения минимальной деятельности переходного процесса, минимальных динамических моментов. С этой целью либо используют специальные двигатели с минимальным моментом инерции, либо переходят к двухдвигательному приводу (суммарный момент инерции двух двигателей той же мощности, что и однодвигательный привод меньше на 20 – 40 %).

Для электропривода продольно-строгального станка возможно использование следующих ЭП:

«ТПЧ – АД» (тиристорный или транзисторный преобразователь частоты – асинхронный двигатель);

«Г – Д» (генератор – двигатель);

«ТП – Д» (тиристорный преобразователь – двигатель).

Система «ТПЧ – АД» в принципе, позволяет получить характеристики, аналогичные «ТП – Д», но стоимость частотного преобразователя гораздо выше управляемого выпрямителя.

К недостаткам системы «Г – Д» относят:

необходимость в двукратном преобразовании энергии, что приводит к значительному снижению КПД;

наличие двух машин в преобразовательном агрегате;

значительные габариты установки;

высокие эксплуатационные расходы.

Для электропривода главного движения продольно-строгального станка принимаем систему «ПЧ – АД».

3. Выбор и проверка электродвигателя

3.1 Расчёт нагрузочной диаграммы механизма

Для выбора двигателя необходимо рассчитать его требуемую номинальную мощность, исходя из нагрузочной диаграммы механизма (т.е. временной диаграммы моментов или сил статического сопротивления механизма на его рабочем органе). По рассчитанной мощности затем выполняется предварительный выбор двигателя.

Построим нагрузочную диаграмму механизма (график статических нагрузок механизма). Расчет времени участков цикла на этапе предварительного выбора двигателя выполняем приблизительно, т.к. пока нельзя определить время разгона и замедления (суммарный момент инерции привода до выбора двигателя неизвестен).

Пониженная скорость прямого хода стола:

V_пон = К_пон ∙ V_пр = 0,4 ∙ 0,5 = 0,2 м/с, (1)

где Vпон – пониженная скорость прямого хода стола, м/с;

Кпон – кратность пониженной и рабочей скоростей прямого хода;

Vпр – скорость прямого хода, м/с.

Скорость обратного хода стола:

V_обр = К_обр ∙ V_пр = 2 ∙ 0,5 = 1 м/с, (2)

где Кобр – кратность обратной скорости и рабочей скорости прямого хода.

Усилие перемещения стола на холостом ходу:

F_хх = (m_c + m_д) ∙ g ∙ μ = (3600 + 6800) ∙ 9,81 ∙ 0,07 = 7,14 кН, (3)

где F_хх – усилие перемещения стола на холостом ходу, кН;

m_c – масса стола, кг;

m_д – масса детали, кг;

g – ускорение свободного падения (g=9,81 м/с2);

μ – коэффициент трения стола о направляющие.

Усилие перемещения стола при резании:

F_р = F_z + F_хх = 30 + 7,14 = 37,14 кН, (4)

где F_р – усилие перемещения стола при резании, кН;

F_z – усилие резания, кН.

Время резания (приблизительно):

t_p = L_д / V_пр = 3,8 / 0,5 = 7,6 с, (5)

где t_p – время резания, с;

L_д – длина детали, м.

Время подхода детали к резцу (приблизительно):

t_п = L_п / V_пон = 0,2 / 0,2 = 1с, (6)

где t_п – время подхода детали к резцу, с;

L_п – путь подхода детали к резцу, м.

Время прямого хода после выхода резца из детали (приблизительно):

t_в = L_в / V_пон = 0,15 / 0,2 = 0,75 с, (7)

где t_в – время прямого хода после выхода резца из детали, с;

L_в – путь после выхода резца из металла, м.

Время возврата стола (приблизительно):

t_обр =( L_п + L_д + L_в) / V_обр = (0,2 + 3,8 + 0,15) / 1 = 4,15 с, (8)

где t_обр – время возврата стола, с.

Время цикла (приблизительно):

t_ц = t_п + t_p + t_в + t_обр = 1+ 7,6+ 0,75 + 4,15 = 13,5 с, (9)

где t_ц – время цикла, с.

Исходя из расчетов строится нагрузочная диаграмма, рис.3.

Рис. 3. Нагрузочная диаграмма механизма

Эквивалентное статическое усилие за время работы в цикле:

(10)

где F_экв – эквивалентное статическое усилие за время работы в цикле, кН.

При расчете требуемой номинальной мощности двигателя предполагаем, что будет выбран двигатель, номинальные данные которого определены для повторно-кратковременного режима работы и стандартного значения продолжительности включения ПВN=100%. Номинальной скорости двигателя должна соответствовать скорость обратного хода штанг, которая является максимальной скоростью в заданном рабочем цикле. Такое соответствие объясняется тем, что принято однозонное регулирование скорости, осуществляемое вниз от номинальной скорости двигателя.

Расчетная мощность двигателя:

(11)

где Р_рас – расчетная мощность двигателя, кВт;

K_з – коэффициент запаса (примем Kз = 1,1).

3.2 Предварительный выбор двигателя

Выбираем двигатель серии Д. Для продольно-строгального станка выбираем двигатель с естественным охлаждением, номинальные данные которого определены для продолжительного режима работы с продолжительностью включения ПВN = 100 %. Номинальные данные двигателя приведены в табл. 2.

Таблица 2

Данные выбранного двигателя

Параметр	Обозначение	Значение
Номинальная мощность двигателя, кВт	РN	37
Номинальное напряжение якоря, В	UяN	220
Номинальный ток якоря, А	IяN	192
Номинальная частота вращения, об/мин	nN	575
Максимальный допустимый момент, мН	Mmax	1655
Cопротивление обмотки якоря, Ом	Rяо	0,034
Сопротивление обмотки добавочных полюсов, Ом	Rдп	0,02

Продолжение табл. 2

Параметр	Обозначение	Значение
Момент инерции якоря, кг∙м2	Jд	2
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 ∙ = 575 ∙= 60,18 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 - = 656,64 -= 41,82 Нм, (17)

где ∆М – момент холостого хода двигателя, Нм;

–номинальная мощность двигателя, Вт.

Индуктивность цепи якоря двигателя:

Гн (18)