Построение тахограммы и нагрузочной диаграммы  производственного механизма

Зависимости и  называются, соответственно, тахограммой электропривода и нагрузочной диаграммой механизма. Они являются основой для дальнейших расчетов.

Так как диаграммы скорости и момента производственного механизма представлены в виде таблиц в задании. В этом случае тахограмма и нагрузочная диаграмма строятся по данным технического задания.

Для построения диаграммы скорости и нагрузочной диаграммы рассчитаем время полного цикла работы электропривода и угловые скорости производственного механизма.

Время цикла работы механизма:

           (2.1)

где t _р1, t _р2 … t _рn – время работы привода с заданными частотами вращения n _м1, n _м2, … n _мn;

t _пауз – время паузы.

 

Рис 2.1 Тахограмма и нагрузочная диаграмма производственного механизма

Если в техническом задании приводится частота вращения n_i производственного механизма, то она пересчитывается на угловую скорость в соответствии с выражением:

               

                                          ,                                      (2.2)

где n_i – частота вращения производственного механизма на i-м интервале времени,  об/мин.

 

По данным расчетов выполняется построение диаграммы скорости и нагрузочной диаграммы производственного механизма (рис. 2.1)

Предварительный выбор двигателя по мощности

Диаграммы скорости и момента производственного механизма обусловливают различные режимы работы электроприводов. Для более точных расчетов и выбора двигателей по мощности полученные нагрузочные диаграммы приводятся к диаграммам, которые классифицируются на восемь номинальных режимов: продолжительный режим работы (S1); кратковременный режим работы (S2); повторно-кратковременный режим работы (S3); повторно- кратковременный режим работы с частыми пусками (S4); повторно- кратковременный режим работы с частыми пусками и электрическим торможением (S5); перемежающийся режим работы (S6); перемежающийся режим работы с частыми реверсами (S7); перемежающийся режим работы с двумя или более угловыми скоростями (S8 ).

Продолжительный режим работы двигателя (S1) характеризуется продолжительным включением двигателя с постоянной или переменной нагрузкой. В таких режимах работают двигатели вентиляторов и дымососов, компрессоров, конвейеров и т. п. При длительном режиме работы с постоянной нагрузкой двигатель нагревается до установившейся температуры и работает в номинальном режиме. Определение мощности двигателя в этом случае достаточно просто. Согласно условию нагрева номинальная мощность двигателя должна равняться мощности, необходимой для работы машины, если в каталоге не оказывается двигателя с номинальной мощностью, равной расчетной (формула 2.4), то выбирают двигатель ближайшей большей мощности. Потери при пуске и торможении двигателя превышают потери при номинальной нагрузке. Но в рассматриваемом режиме процессы пуска и торможения повторяются редко, и поэтому их не учитывают.

Для повторно-кратковременных (S3–S5) и перемежающихся режимов (S6–S8) работы электродвигателя последовательность выбора двигателя по мощности следующая:

По нагрузочной диаграмме механизма (нагрузки отнесены к валу механизма) определяется среднеквадратичное значение мощности за время работы с помощью формулы [1]:

 

Р_э= , кВт                          (2.3)

 

где m – число рабочих участков в цикле;

Р_i – мощность на i-м интервале;

t_pi – продолжительность i-го интервала;

b_i – коэффициент ухудшения теплоотдачи на i-м интервале, соответствующий значению угловой скорости i на этом интервале;

_max – максимальная скорость производственного механизма.

 

При найденным ранее угловым скоростям  и моментах M_i производственного механизма посчитаем мощность:

 

.             (2.4)

 

Приближенно зависимость коэффициента ухудшения теплоотдачи от угловой скорости можно считать линейной:

 

                       (2.5)

 

где  – коэффициент ухудшения теплоотдачи при неподвижном якоре.

 

Примерные значения коэффициента для двигателей различного исполнения приведены в таблице 2.1

 

Таблица 2.1

Исполнение двигателя
Закрытый с независимой вентиляцией	1
Закрытый без принудительного охлаждения	0,95  0,98
Закрытый самовентилируемый	0,45  0,55
Самовентилируемый защищенный	0,25  0,35

 

Находим расчетную продолжительность включения:

 

                       (2.6)

 

где t_рi – продолжительность i-го интервала времени работы;

m – число рабочих интервалов в цикле;

t_nj – продолжительность j-го интервала времени паузы;

n – число пауз в цикле.

 

Пересчитывается среднеквадратичная мощность на ближайшую каталожную продолжительность включения:

 

, кВт                         (2.7)

 

где ПВк – ближайшая к расчетной каталожная продолжительность включения.

 

Каталожная продолжительность включения выбирается из ряда номинальных значений: 15 %, 25 %, 40 %, 60 %, 100 %. По полученному значению мощности и максимальной угловой скорости вращения механизма определяется расчетная мощность двигателя:

 

, кВт                             (2.8)

 

где k _з = 1,1÷1,3 – коэффициент запаса, учитывающий отличие нагрузочной диаграммы двигателя от диаграммы механизма. Большие значения k _з соответствуют большим изменениям угловой скорости

η_п – коэффициент полезного действия передачи;

 

По каталогу выбирается несколько электродвигателей ближайшей большей мощности с различными частотами вращения. Для каждого двигателя вычисляется расчетное передаточное отношение редуктора:

 

                                                            (2.9)

 

где ω_нд.i – номинальная скорость i – го двигателя;

ω_max.м – максимальная скорость механизма.

 

Промышленность выпускает одно-, двух- и трехступенчатые редукторы с передаточным числом из стандартного ряда [3]: 1,0; 1,12; 1,25; 1,4; 1,6; 1,8; 2,0; 2,24; 2,5; 2,8; 3,15; 3,55; 4,0; 4,5; 5,0; 5,6; 6,3; 7,1; 8,0; 9,0.

Необходимое стандартное передаточное отношение редуктора можно найти следующим образом:

 

                                                  (2.10)

 

где  – стандартное передаточное число редуктора; х – целое число.

Например, стандартными передаточными отношениями являются числа: 1,12; 11,2; 112 и т. д.

Стандартное передаточное отношение редуктора выбирается из ряда как ближайшее меньшее к расчетному по (2.8):

 

                                          .                           (2.11)

 

Для каждого двигателя найдем оптимальное, по условию минимизации времени пуска, передаточное отношение редуктора:

 

                                                                   (2.12)

 

где J _м – момент инерции производственного механизма;

J _дв – момент инерции ротора двигателя;

k – коэффициент, учитывающий момент инерции ред. (1,05÷1,3)

 

Для каждого двигателя найдем отношение стандартного передаточного отношения редуктора к оптимальному передаточному отношению:

 

                       .         (2.13)

 

Двигатель с , наиболее приближенной к единице, принимается в качестве приводного.