Для выполнения машинного технологического цикла (процесса) требуется согласование работы всех механизмов и выходных устройств МС, включая исполнительные, контролирующие и управляющие. Естественно, что в основе управления машинами лежат принципы механики, увязывающие их силовые, энергетические и массовые характеристики. В современных мехатронных системах преобразование движения одного или нескольких тел в требуемые движения других тел осуществляется системой тел (деталей), называемых механизмом. Механизмы входят в состав машин – технических систем (ТС) и предназначены для осуществления механических движений по преобразованию потоков энергии, силовых взаимодействий, необходимых для выполнения различных рабочих процессов. Часто силовой основой в МС является электропривод постоянного или переменного тока, формирующий управляемую электротехническую систему или комплекс. Для электротехнических систем управления характерна тесная взаимосвязь электромеханической части с цепями ее питания и регулирования. Поэтому суммарные характеристики устройств часто определяются всеми функциональными звеньями в равной степени. Управляемые комплексы с электромеханическим приводом (система, состоящая из двигателя и связанных с ним устройств приведения в движение одного или нескольких исполнительных механизмов, входящих в состав МС) получили название электромеханических систем (ЭМС).

1 Исходные данные для курсового проектирования

Разработать систему управления механизмом подъема мостового крана, обеспечивающую следующие проектные технические характеристики:

Рисунок 1 – Функциональная схема разрабатываемого устройства.

1-щит управления; 2-редуктор; 3- электродвигатель; 4-барабан; 5-канат;

6-грузозахватное устройства:

Масса груза 14000 кг;

Вес грузозахватного устройства Gо = 4000 Н;

Высота подъёма h = 22 м;

Скорость подъема грузозахватного устройства VП = 0,13 м/с;

Коэффициент полезного действия барабана и передачи h = 0,93;

Время переходного процесса замкнутой системы [tпп]=0,15с;

Перерегулирование [s%]=0,30%.

Диаметр барабана D = 0,54 м;

Средне суточное время работы механизма t=9 ч;

Производительность мостового крана Q=56 т/ч;

Число включений в час z=600;

Относительная продолжительность включения t=0,16;

Заданный режим работы Е3;

Заданная скорость вращения вала рабочего органа кранового механизма рад/с.

Допустимая статическая погрешность σ=0,18%

В качестве преобразовательного устройства применить ШИП преобразователь с управлением от микро ЭВМ (PIC - контроллера) или другого задающего режим работы программируемого устройства.

2 Расчетно-конструкторская часть

2.1 Расчет мощности двигателя механизма подъема крана.

Рисунок 2 - Силы, действующие на кран.

1- электродвигатель; 2-редуктор; 3- грузозахватное устройства; 4-барабан; 5-канат;

Статическая мощность при подъеме номинального груза

(2.1)

Отношение времени пуска ко времени рабочей операции

(2.2)

Эквивалентная мощность для рабочей части цикла

, (2.3)

где - переменная зависящая от /10. рисунок 7/

Определяем режим работы механизма подъема:

(2.4)

где

Относим механизм подъема крана к среднему режиму работы (С), режим работы электрооборудования принимаем Е3.

Необходимая номинальная мощность электродвигателя должна быть не менее следующего значения:

, (2.5)

где - коэффициент, зависящий от конкретного номинального режима.

/1. стр.45/

Лист

Дата

Подпись

№ докум.

Лист

Изм.

КРРМ.03.0000.000ПЗ

2.2 Выбор двигателя.

2.2.1 Выбор двигателя из справочной литературы

Предварительный выбор двигателя обычно производят из справочной литературы, по результатам расчета номинальной мощности. По результатам расчёта номинальной мощности из справочников были выбраны следующие двигатели:

Таблица 2.1– Параметры выбранных двигателей.

Тип двигателя

Uном

nном

Рн

Rя

Iном

Jдв

об/мин

кВт

Ом

---

кг·м2

2ПН200М

220

1500

0,196

112

0,875

0,8

2ПН225М

220

1000

0,261

110

0,82

0,74

2ПН250М

220

750

0,174

109

0,81

0,7

2ПН280М

220

530

0,322

0,83

0,65

Окончательно требуется выбрать только один из четырех двигателей. Для этого необходимо построить энергетические характеристики каждого, а затем

(по необходимым условиям и параметрам) выбрать соответствующий тип двигателя механизма подъема.

2.2.2 Определение характеристик двигателя.

Для построения энергетической характеристики каждого двигателя необходимо рассчитать следующие параметры:

Номинальную угловую скорость двигателя:

,рад/с (2.6)

где n – номинальная частота вращения двигателя.

Номинальный вращающий момент двигателя:

Н·м. (2.7)

Так как двигатель постоянного тока допускается перегружать по току в раза, то значение расчетного крутящего момента можно принять равным

2.2.3 Построение характеристик выполняется в координатах Ω(М), Рэнерг(М).

Рисунок 3 – Энергетические характеристики ДПТ с Рном=22 кВт.

2.2.4. Определение требуемых характеристик механизма подъема.

Требуемый момент для подъема груженого грузозахватного устройства:

, Н·м (2.8)

где Q – вес скипа с грузом, Q=141340Н; Dбар – диаметр барабана, Dбар=0,54м.

Н·м.

Требуемая угловая скорость для подъема грузозахватного устройства:

, рад/с. (2.9)

где Vп – линейная скорость подъема, Vп=0,13 м/с.

2.2.5 Определение передаточного числа редуктора.

Расчет ориентировочного значения передаточного числа редуктора.

, (2.10)

Определение ожидаемой линейной скорости на выходе редуктора с ориентировочным передаточным числом

, м/с (2.11)

Полученные значения удовлетворяют принятому условию: .

Исходя из массогабаритных параметров, требований, ограничений, связанных с выбором редуктора (максимальная скорость вращения входного вала ограничена 1800 об/мин), выбираем двигатель с номинальной мощностью 22 кВт и частотой вращения 530 об/мин, т. е. двигатель 2ПН280м.

2.2.6 Определение реального передаточного числа и пересчет линейной скорости с учетом редуктора.

Реальное передаточное число выбирается из ряда (для цилиндрических трехступенчатых редукторов): 31.5,40,50,56,63,80,100,125,160,200.

Соответственно выбираем для двигателя 2ПН280м ближайшее наибольшее передаточное число, .

Пересчитываем линейную скорость

, м/с (2.12)

Полученная скорость удовлетворяет условию:

(2.13)

Выбранное передаточное число удовлетворяет разнице скоростей.

Исходя из ранее перечисленных ограничений и оптимальных параметров системы, выбираем двигатель 2ПН280м со следующими параметрами:

Напряжение Uя ном=220 В;

Номинальная мощность Pном=22000 Вт;

Номинальный ток якоря Iя=98 А;

КПД h=83%;

Момент инерции якоря двигателя Jдв=0,65 кГ·м2;

Сопротивление якорной обмотки Rя ном=0,322 Ом;

2.3 Выбор редуктора.

Выбор редуктора осуществляется по параметрам выбранного двигателя и рассчитанным характеристикам: , кВт, , Н·м.

Выбираем редуктор цилиндрический трехступенчатый типа 1ЦЗН-500 с основными параметрами:

Крутящий момент на тихоходном валу, кН·м:

Min……........…………42000

Max………….......……56000

Передаточное число…………………………………………...........……….100

КПД, %……………….………………………………………...............…….0,97

Номинальная передаваемая мощность, кВт: Min…………....………….39 . Max…………..………….196

Масса, кг………………………..…………………………………..........…2120

Частота вращения быстроходного вала, об/мин, не более……......…….1800

2.4 Расчет широтно-импульсного преобразователя (ШИП).

2.4.1 Исходные данные для расчета.

Рассчитаем транзисторный ШИП для управления двигателем постоянного

тока ДПТ (типа 2ПН280м) по цепи якоря в динамическом режиме.

Данные двигателя:

- номинальное напряжение В;

- номинальная мощность Вт;

- номинальный ток якоря А;

- номинальная частота вращения об/мин;

- момент инерции якоря двигателя кг·м2;

- сопротивление якорной обмотки Ом;

- индуктивность якорной цепи двигателя

Гн (2.14)

Для получения линейных характеристик по каналу управления примем для ШИП симметричный закон коммутации силовых ключей .

С учетом номинального напряжения Uн, потерь на силовых ключах в режиме насыщения ΔUк и необходимости 20-% запаса по напряжению, выбираем источник питания с напряжением

, В (2.15)

Страницы: 1, 2, 3