По нагреву и перегрузочной способности двигателя и преобразователя

 

Указанные проверки предварительно выбранного электропривода выполняют после расчета переходных процессов и построения нагрузочных диаграмм.

Проверка на заданную производительность состоит в сравнении рассчитанного времени работы электропривода с заданным временем.

Проверку выбранного двигателя по нагреву следует выполнять, как правило, методом эквивалентного тока:

, (4.62)

где I_i – среднеквадратичное значение тока на i-м участке;

∆t_i – длительность i-го участка работы;

β_i – коэффициент ухудшения теплоотдачи двигателя;

I_доп – допустимый по нагреву ток.

Эквивалентный ток двигателя, предназначенного для повторно-кратковременного режима работы (в том числе двигателей краново-металлургической серии), рассчитывают только за время работы. Значения времени переходных процессов пусков и торможения рассчитаны выше. Для установившихся режимов работы рассчитываются I_э для каждого участка движения по величинам статического тока I_с и времени установившегося движения t_у.

Ухудшение условий охлаждения двигателя в переходных режимах учитывают коэффициентом ухудшения теплоотдачи β_i, который в зависимости от скорости вращения принимает значения:

β_i = β_о при ;

β_i = при ;

β_i = 1 при .

Коэффициент ухудшения теплоотдачи остановленного двигателя зависит от его конструктивного исполнения и условий вентиляции. Примерные значения коэффициента β₀ для двигателей различного исполнения приведены в табл. 4.1.

 

Таблица 4.1

Коэффициенты ухудшения теплоотдачи

 

Исполнение двигателя	βо
Закрытый с независимой вентиляцией
Закрытый без принудительного охлаждения	0,95…0,98
Закрытый с самовентиляцией	0,45…0,55
Защищенный с самовентиляцией	0,25…0,35

 

При проверке двигателя по нагреву, эквивалентный ток I_э сравнивают с допустимым током I_доп при тех же условиях работы (при той же относительной продолжительности включения (ПВ)). Допустимый ток рассчитывают через представленное в каталоге значение допускаемого тока I_кат для каталожной ПВ_к, ближайшей к фактической ПВ_ф, полученной по результатам расчета нагрузочных диаграмм:

. (4.63)

Приведенным уравнением можно пользоваться для двигателей краново- металлургической серии. Для других серий при определении I_доп следует учитывать изменение постоянных потерь и условий охлаждения двигателя во время паузы. При проверке двигателя по нагреву превышение эквивалентного тока над допустимым является неприемлемым, а недогрузка двигателя в пределах 10…15 % считается нормальной.

Для двигателей, у которых момент и ток пропорциональны (двигатели постоянного тока параллельного и независимого возбуждения, асинхронные двигатели при небольших отклонениях нагрузки от номинальной), проверку по нагреву можно производить методом эквивалентного момента.

Проверка двигателя на кратковременную перегрузку заключается в сравнении наибольших значений тока или момента двигателя, которые находятся по нагрузочным диаграммам, с максимально допустимыми значениями тока или момента выбранного двигателя.

При проверке двигателя постоянного тока, перегрузка которого ограничивается максимально допустимыми значениями тока по условиям коммутации, следует наибольший ток из нагрузочных диаграмм сравнивать с допустимым при той же скорости, учитывая ухудшение условий коммутации при скоростях выше номинальной.

У асинхронных двигателей кратковременная перегрузка ограничивается не током, а критическим моментом двигателя. Поэтому проверка на кратковременную перегрузку для этих двигателей сводится к сравнению наибольшего момента из нагрузочной диаграммы с критическим моментом двигателя.

Если выбранный двигатель не проходит по условиям нагрева, т.е. I_э > I_доп или I_э << I_доп, то производят ориентировочный выбор другого двигателя, используя соотношение:

, (4.64)

где Р_нвыб – номинальная мощность первоначально выбранного двигателя.

В этом случае расчёт проекта выполняют заново (по согласованию с руководителем проекта). Аналогично поступают, если первоначально выбранный двигатель не проходит по условиям кратковременной перегрузки.

Проверка преобразователей на кратковременные перегрузки осуществляется по известным рекомендациям, с использованием каталогов электротехнической промышленности.

Механические характеристики электродвигателя представлены на рис. 4.4.

 

Расчет погрешности

 

Различают три вида погрешностей: скоростную, моментную и динамическую.

Скоростная, или кинетическая, погрешность определяется отставанием рабочего органа станка от заданного положения при установившемся движении с постоянной скоростью. Она прямо пропорциональна скорости перемещения и обратно пропорциональна добротности по скорости следящего привода:

Δ_c = υ/k_υ.

 

 

Рис. 4.4. Механические характеристики электродвигателя

 

Уменьшение скоростной погрешности может быть произведено либо за счет снижения подачи при резании и быстром перемещении, либо за счет увеличения добротности. Снижение подачи ведет к снижению производительности механизма, а увеличение добротности увели­чивает колебательность следящего привода и может вывести его из устойчивого состояния.

Правильный выбор добротности по скорости является первой задачей расчета следящего привода.

Физически добротность k_υ является коэффициентом пропорциональности между скоростью и погрешностью. По аналогии с регулируемым приводом добротность – это коэффициент усиления следящего привода, выходной величиной которого является скорость, а входной – погрешность (рассогласование).

Добротность определяется произведением трех коэффициентов, связывающих между собой погрешность Δ_c, сигнал управления приводом от ЧПУ U_y, скорость дви­гателя и скорость перемещения механизма υ:

k_υ = αβ/i_p,

где α = U_y/Δ_c –коэффициент пропорциональности между напряжением управления привода и скоростной погрешностью;

β = n/U_y – коэффициент пропорциональ­ности между скоростью двигателя и напряжением управления;

i_p= υ/n–передаточное отношение редуктора от двигателя к механизму.

Δ_M = M_ст/k_M.

Добротность по моменту определяют как отношение статического момента, близкого к номинальному, к углу поворота вала двигателя под действием этого момента:

k_M = M_ст/φ_двi_p.

Динамическая погрешность возникает вследствие инерционности привода, не успевающего мгновенно отслеживать все измене­ния управляющего сигнала:

.

Динамическая погрешность перемещения механизма от возмущения

= Δυ t/2.

Скоростная и моментная погрешности влияют на точность обработки, динамические погрешности помимо снижения точности вносят дополнительную шероховатость при обработке. Динамическая погрешность по управляющему воздействию при отсутствии перебегов при торможении не влияет на шероховатость. Следует отметить, что чем большее быстродействие по возмущающему воздействию (по нагрузке) имеет регулируемый привод, тем меньше сказываются на шероховатости обрабатываемых деталей не только колебания момента нагрузки, вызванные резанием, но и дефекты механической части привода, обусловленные неравномерностью трения в направляющих, перекосом в опорах и т. д. Кроме того, привод с высоким быстродействием по нагрузке обеспечивает большую равномерность перемещения в широком диапазоне регулирования.

Контурная погрешность, выраженная через скорости по координатам υ_x, υ_z в плоскости обработки,

.

При равенстве добротностей следящих приводов, т. е. при k_υX=k_υZ=k_υ выражение контурной погрешности упрощается:

.

Подставляя значение угла обработки υt/R = α = π/4, при котором контурная погрешность максимальна, и пренебрегая малым членом а²/2, получаем формулы контурных погрешностей, удобные для инженерных расчетов:

при прямолинейной обработке ;

при обработке окружности .

Решая совместно вышеуказанные формулы, получаем выражение, связывающее моментную погрешность с параметрами механической системы, регулируемого и следящего приводов:

,

где Δω_р – естественное снижение скорости при нагружении двигателя в разомкнутом приводе;

k_с,к – коэффициент усиления разомкнутого скоростного кон­тура;

Δυ_р – снижение линейной скорости привода, соответствующее Δω_р.

Таблица 4.2

Значения R_a и R_z

 

Класс шероховатости	Ra, мкм	Ra, мкм	Базовая длина l, мм
	80–40 40–20 20–10	320–160 160–80 80–40
	10–5 5–2,5	40–20 20–10	2,5
	2,5–1,25 1,25–0,63 0,63–0,32	10–6,3 6,3–3,2 3,2–1,6	0,8
	0,320–0,160 0,160–0,080 0,080–0,040 0,040–0,020	1,6-0,8 0,8–0,4 0,4–0,2 0,2–0,1	0,25
	0,02–0,01 0,01–0,008	0,100–0,050 0,050-0,025	0,08

 

Таблица 4.3

Виды обработки и соответствующие классы шероховатости

 

Вид обработки	Класс шероховатости не грубее
Фрезерование:	цилиндрической фрезой	5, 6* (7)
торцевой фрезой	5, 6* (8)
Сверление:	до ø15 мм	4*, 5
свыше ø15 мм	3*, 4
Точение:	чистовое	6, 7* (8)
алмазное	8, 9* (10)
Растачивание:	чистовое	6, 7* (8)
алмазное	8, 9* (10)
Шлифование круглое:	чистовое	7, 8*
тонкое	9, 10*, 11
Шлифование плоское:	чистовое	7, 8*
тонкое	9 10*, 11
Нарезание резьбы:	плашкой-метчиком	4* –6
резцом, гребенкой, фрезой	5, 6* (7)
шлифованием	6, 7*, 8 (9)
Обработка зубчатых колес:	строганием	5, 6* (7)
фрезерованием	6* (7)
шлифованием	8, 9* (10)
шевингованием	7, 8* (9)

* Оптимальный класс шероховатости для данного вида обработки. В скобках указаны предельно достижимые классы шероховатости.

 

 

РАЗРАБОТКА ПРИВОДА ПОДАЧИ