Кинематическая схема механизма

Кинематическая схема намоточного аппарата DIN 800 линии омеднения сварочной проволоки представлена на рисунке 1.6.

 

Рисунок 1.6 – Кинематическая схема намоточного аппарата

В таблице 2 представлены наименования пронумерованных позиций с указанием используемых деталей в намоточном аппарате на линии омеднения сварочной проволоки итальянской фирмы WWM.

 

Таблица 2 – Наименование пронумерованных элементов с указанием используемых деталей

Номер позиции	Наименование пронумерованной позиции	Используемая деталь
	Асинхронный короткозамкнутый двигатель	1PH7137-2HF00-0BB3
	Шкиф (малый)	B/SPB 140 PMA
	Шкиф (большой)	B/SPB 355 PMA
	Ременная передача	SPB 2482
	Дисковый тормоз	RE – COMBIFLEX
	Шпуля	А – 450 мм; В – 800 мм; С – 500 мм.

 

Требования предъявляемые к электроприводу

1) Регулирования скорости в пределах от 6 до 20 м/с. Максимальная скорость до 20 м/с.

2) Поддержка постоянного натяжение проволоки 500-900 Нм. Отсутствие натяжения является аварийным режимом.

3) Плавный пуск (33 секунды до выхода на установившуюся скорость намотки) и торможение при минимальном времени 20-25 секунд.

4) Заправка заготовки (проволоки) на определенной заправочной скорости (1 м/с).

5) Обеспечить полную емкость катушки (вес).

6) Обеспечение режимов рабочего, экстренного и аварийного торможения.

7) Для стабильного протекания процесса смотки (размотки) достаточным является поддержание натяжения с точностью до ±15%.

 

Выбор системы электропривода

Наиболее простым и часто встречающимся из электрических двигателей, используемых в промышленности, является асинхронный двигатель (АД) с короткозамкнутым ротором. Он компактен, имеет малую массу и стоимость, прост в эксплуатации по сравнению с двигателями постоянного тока. Достоинства АД обусловлены простотой короткозамкнутого ротора и отсутствием такого сложного в изготовлении и эксплуатации устройства как коллектор, присущего двигателям постоянного тока. Кроме того, в настоящее время системы частотно-регулируемого асинхронного электропривода не уступают по своим качественным и статическим характеристикам электроприводам постоянного тока, а по своим экономическим и эксплуатационным характеристикам во многом их превосходят.

Для питания АД наибольшее распространение получили преобразователи частоты со звеном постоянного тока и с автономным инвертором напряжения на базе IGBT-транзисторов, управляемых по методу широтно-импульсной модуляции (АИН с ШИМ).

Преимуществами таких преобразователей являются:

1) высокий коэффициент мощности (при использовании неуправляемого выпрямителя);

2) малая мощность управления;

3) малое время переключения (сотни наносекунд), высокая допустимая частота коммутации (до 16 кГц), что позволяет обеспечить при двухполярной синусоидальной ШИМ модуляции синусоидальные напряжения и токи в обмотках двигателя;

4) возможность выпуска в виде гибридных модулей.

Поэтому в данной выпускной квалификационной работе выбирается асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором и питанием от преобразователя частоты (ПЧ) с промежуточным звеном постоянного тока и с автономным инвертором напряжения (АИН) на базе IGBT-транзисторов, управляемых по принципу широтно-импульсной модуляции (ШИМ).

 

 

РАСЧЕТ МОЩНОСТИ И ВЫБОР ДВИГАТЕЛЯ

Расчет статических нагрузок. Предварительный выбор двигателя

Расчет мощности двигателя ведется для наиболее тяжелого режима намотки. В таблице 3 приведены максимально возможные технические данные, соответствующие данному режиму намотки.

 

Таблица 3 – Технические данные на расчет электропривода

Порядковый номер параметра	Наименование параметра	Данные параметра	Единицы измерения
	Максимальное натяжение	Т=700	Н
	Максимальная скорость моталки	Vм=20	м/с
	Установившаяся скорость моталки при заданном параметре намотки (диаметр 2 мм)	Vуст=10	м/с
	Заправочная скорость моталки	Vз=1	м/с
	Диаметр барабана	Dб=0,45	м
	Диаметр рулона	Dр=0,8	м
	Ширина проволоки	b=0,002	м
	Толщина проволоки	h=0,002	м
	Максимальная масса рулона		кг
	Время разгона/торможения	tр=20/tт=25	с
	Ускорение при разгоне/торможении	aр=0,45/aт=0,4	м/с ²
	Время цикла	Тц=5288 (tр=4388/tп=900)	с
	Момент инерции механизма без рулона	J=8,7	кгм ²
	Передаточное число ременной передачи	i=2,5
	КПД ременной передачи	Ƞ=0,95
Продолжение таблицы 3
	Предел текучести материала	780	Н/мм ²

Расчет будем производить согласно пособию по электроприводу моталок.

Статический момент (М_с) на валу барабана моталки складывается только из моментов, необходимых для изгиба (М_изг) проволоки и создания натяжения на ней. Примем момент холостого хода равным нулю, т.к. согласно техническим данным M_хх = 0, тогда:

 

, (2.1)

 

Момент, необходимый для изгиба проволоки, определяется уравнением:

 

(2.2)

 

где -предел текучести материала проволоки, Н/мм ²;

ширина проволоки, м;

толщина проволоки, м;

передаточное число редуктора;

КПД редуктора.

Момент натяжения проволоки в начальный момент намотки на заправочной скорости:

 

(2.3)

 

где Т - максимальное натяжение проволоки, Н;

- радиус барабана, м.

Момент натяжения проволоки в начальный момент намотки на максимальной скорости:

(2.4)

 

где

l_зап, l_п – длины проволоки, намотанных на заправке и при разгоне от заправочной скорости

до максимальной скорости намотки, м;

а=dV/dt - ускорение при разгоне (рассчитываем исходя из значений линейной

скорости и времени по диаграмме линейной скорости), м/с ².

 

l_n = l_зап+l_n1, (2.5)

(2.6)

Момент натяжения проволоки в процессе торможения с максимальной скорости до полной остановки:

 

(2.7)

 

где

l_у – длина проволоки, намотанная на максимальной скорости намотки, м;

длина проволоки, намотанная при торможении с максимальной скорости до

заправочной, м;

t₄ – время начала торможения, с;

t₃ – время начала работы на установившейся скорости, с.

 

(2.8)

(2.9)

Определим зависимость изменения момента натяжения в диапазоне намотки, для этого разобьем время работы моталки с проволокой на пять этапов:

1) с момента создания натяжения на проволоке, т.е. от начала работы на заправочной до

начала разгона до максимальной скорости;

2) разгон от заправочной до максимальной скорости;

3) намотка на максимальной скорости;

4) торможение с максимальной до полной остановки.

На первом этапе зависимость момента от времени характеризуется уравнением:

 

(2.10)

при t_зап=10с можно определить момент:

 

 

На этом этапе момент изменяется от 65,36 до 65,5 Н·м, при этом радиус рулона не изменяется, т.к. количество наматываемой проволоки невелико по метражу и из-за ее диаметра, т.е остается 0,225 м, происходит намотка первого слоя, которая не заканчивается на при скорости заправки (R_рул1).

На втором этапе зависимость момента от времени следующая:

 

(2.11)

 

при t_п1=20 с можно определить момент:

 

На этом этапе момент изменяется от 65,5 до 65,65 Н·м, при этом радиус рулона изменяется от 0,225 до 0,226 м (R_рул2).

На третьем этапе зависимость следующая:

 

(2.12)

при t_уст=4330 с можно определить момент:

 

На этом этапе момент изменяется от 65,65 до 113,45 Н·м, при этом радиус рулона изменяется от 0,226 до 0,4 м (R_рул3).

На последнем четвертом этапе зависимость следующая:

 

(2.13)

 

На этом этапе момент изменяется от 113,45 до 116,21 Н·м, при этом радиус рулона не изменяется, т.к. количество наматываемой проволоки невелико по метражу и из-за ее диаметра, т.е остается 0,4 м, происходит домотка последнего слоя (R_рул4).

Для того чтобы определить статический момент необходимо сложить момент от натяжения с моментом который идет на создание натяжения во всем диапазоне изменения радиуса рулона.

Предварительный выбор двигателя.

Произведем предварительный выбор двигателя. Приводной двигатель вращается с минимальной скоростью в режиме заправки, т.е.:

 

(2.14)

(2.15)

 

Произведем расчет максимально возможной скорости двигателя при максимальной линейной скорости для данного электропривода.

 

(2.16)

(2.17)

 

Согласно технической литературе по описанию данного намоточного аппарата, полученное при расчете максимально возможная скорость совпадает с заданной в описании двигателя.

Максимальной скорости двигатель достигает в начале процесса намотки на установившейся скорости:

 

(2.18)

(2.19)

 

В конце намотки скорость двигателя составит:

 

(2.20)

(2.21)

 

Приближенно найдем продолжительность включения _факт.

Время намотки рулона t_р=4388 с.

Так как t_п=900с, тогда можно найти время цикла:

 

Т_ц=t_п+t_р, (2.22)

Т_ц=900+4388=5288с.

 

Тогда фактическая продолжительность включения будет равна:

 

(2.23)

 

Найдем мощность приводного двигателя, исходя из рассчитанных данных:

 

(2.24)

где – стандартная продолжительность включения ( =1);

– коэффициент, учитывающий динамическую нагрузку привода (коэффициент

запаса в пределах );

-номинальная скорость двигателя, .

Согласно предварительному расчету мощности, двигатель должен быть равным по мощности

По выполнении предварительного расчета статических нагрузок, рассчитав скоростные характеристики, для данного электропривода намоточного аппарата линии омеднения сварочной проволоки был выбран асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором 5AMX180S1. Данный двигатель российского производства. Фирма изготовитель ОАО «ВЭМЗ».

Технические данные выбранного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором 5AMX180S1 приведены в таблице 4.

 

Таблица 4 – Технические данные предварительно выбранного двигателя

Тип двигателя	Р, кВт	Номинальная частота вращения, об/мин	КПД, %	cos ф	Iн, А	Мн, Нм	Мп/Мн	Iп/Iн	Мmax/Мн	Дин. момент инерции, кг*м2	Масса, кг
5АМХ180S1		(1500)	90,5	0,84			1,7	6,8	2,6	0,16