Imax– максимальный ток:

Выбор базовых величин представлен в таблице 5.1.

Таблица 5.1 – Выбор базовых величин

Величина	, ,	, ,		,,	, ,	,
База	Uном	Мк.з.	0	Iк.з.	Uдс.б	Uдт.б
Значение	110 В	53,11 Нм	87,3 рад/с	42,15 А	3,32 В	67,02 В

Для исследования привода в программе Vissim массы и моменты приведены к валу двигателя.

Суммарный момент инерции на валу двигателя:

(5.24)

Суммарный момент трения на валу равен:

(5.25)

Момент динамической силы равен:

(5.26)

Момент силы резания равен:

(5.27)

Рабочая скорость при растачивании, приведенная к валу двигателя:

(5.28)

Скорость быстрого хода, приведенная к валу двигателя:

(5.29)

Базовая скорость перемещения:

(5.30)

Угловое базовое перемещение вала двигателя:

(5.31)

Базовое перемещение рабочего органа:

(5.32)

Все необходимые для моделирования величины переведены в относительные единицы. Для удобства расчеты сведены в таблицу 5.2.

Таблица 5.2 – Перевод значений в относительные единицы

Название, размерность	Пояснение	Значение	Расчетная формула	Базовое значение	Результат
Перемещение Si, мм	разгон до Vб.х.	3		27,8 мм	0,1079
	замедление до Vраб.	0,0027			0,00009
	врезание в деталь	1			0,036
	обработка детали	449			16,1511
Момент Мi, Нм	трения	2,03		53,11 Нм	0,0382
	силы динамической	5,96			0,1122
	силы резания	1,16			0,0218
Скорость перемещения мм/м	быстрый ход	5000		6642,54 мм/мин	0,7527
	рабочий ход	238,42			0,0359
Скорость вращения , рад/с	быстрый ход	65,45		87,3 рад/с	0,7497
	рабочий ход	3,13			0,0359

Произведем настройку системы электропривода подчиненного регулирования.

В первую очередь настроим регулятор тока (РТ). Для этого обрываем обратные связи по скорости и по ЭДС двигателя и на вход регулятора тока подаем единичный сигнал.

Постоянную времени Т₃ подбираем как наибольшую постоянную времени среди Т_я, τ, Т_П (Т₃=0,0012 с).

Постоянная времени Т₄:

(5.33)

При Т₄=0,0048 запас устойчивости по фазе ∆φ=77⁰. Настроим РТ на ∆φ=45⁰, ∆φ=55⁰, ∆φ=60⁰. Переходный процесс тока якоря представлен на рисунке 5.2.

∆φ=45⁰

∆φ=60⁰

∆φ=55⁰

Рисунок 5.2 – Переходный процесс тока якоря при различных ∆φ

Настраиваем РТ на ∆φ=55⁰,при этом Т₄=0,00154 с.

Произведем настройку регулятора скорости (РС). Для этого замыкаем обратные связи по скорости и ЭДС двигателя. Сначала настраиваем пропорциональный канал РС.

Подбираем значение коэффициента РС К_рс=1,44. При этом переходный процесс скорости имеет вид, представленный на рисунке 5.3.

Рисунок 5.3 – Переходный процесс скорости двигателя при К_рс=1,44

Настраиваем интегральный канал РС. Подбираем Т_рс таким образом, чтобы не допустить уход РС в насыщение. В результате настройки принимаем Т_рс=0,00862 с. Запас устойчивости ∆φ=53⁰. При этом переходный процесс скорости имеет вид, представленный на рисунке 5.4.

Рисунок 5.4 – Переходный процесс скорости двигателя при Т_рс=0,00862 с.

Добавим защиту по току, получим переходный процесс скорости двигателя, представленный на рисунке 5.5.

Рисунок 5.5 – Переходный процесс скорости двигателя с токовой защитой

Н

К_зи=30

астроим задатчик интенсивности. На рисунках 5.6 и 5.7 представлены переходный процесс скорости двигателя и напряжение РС при различных коэффициентах задатчика интенсивности К_зи.

К_зи=10

К_зи=20

К_зи=40

Рисунок 5.6 – Переходный процесс скорости двигателя при различных К_зи

К_зи=10

К_зи=20

К_зи=30

К_зи=40

Рисунок 5.7 – Напряжение РС при различных К_зи

При подборе К_зи следует учитывать максимально допустимую силу. На рисунке 5.8 представлена механическая характеристика электропривода при различных К_зи.

К_зи=70

К_зи=50

К_зи=30

Рисунок 5.8 – Механическая характеристика электропривода при различных К_зи

Настраиваем задатчик интенсивности на К_зи=30.

На рисунке 5.9 представлены переходные процессы скорости двигателя и тока якоря настроенной системы.

Рисунок 5.9 – Переходные процессы скорости двигателя и тока якоря настроенной системы

На рисунках 5.10 и 5.11 представлена реакция скорости двигателя и тока якоря на нагрузку.

Рисунок 5.10 – Реакция скорости двигателя на нагрузку

Рисунок 5.11 – Реакция тока якоря на нагрузку

На рисунке 5.12 представлена механическая характеристика электропривода (зависимость V=f(F) ).

Рисунок 5.12 – Механическая характеристика электропривода (зависимость V=f(F) )

На рисунке 5.13 представлены графики скорости и силы от пути, полученные по модели:

V=f(S)

F=f(S)

Рисунок 5.13 – Графики скорости и силы от пути, полученные по модел

Разгон до скорости быстрого хода показан на рисунке 5.14.

F_max

S_{разгона}

Рисунок 5.14 – Разгон до скорости быстрого хода

На рисунке 5.15 представлен процесс торможения до рабочей скорости.

F_max

S_{торможения}

Рисунок 5.15 – Процесс торможения до рабочей скорости

На рисунке 5.16 представлен процесс появления силы резания.

F_{резания}

S_3-4

Рисунок 5.16 – Процесс появления силы резания

Смоделируем «биения» резца при растачивании, добавив в модель синусоидальную составляющую для силы резания. На рисунке 5.17 показана сила резания и скорость, полученные при «биениях» резца.

Рисунок 5.17 – Сила резания и скорость, полученные при «биениях» резца

На рисунке 5.18 представлено влияние «биения» резца при врезании в деталь на механическую характеристику.

Рисунок 5.18 – Влияние «биения» резца при врезании в деталь на механическую характеристику

Как видно из рисунков, при введении в модель синусоидальной составляющей, сила резания вместо постоянного значения 908,57 Н варьируется в пределах от 872,7 Н до 941,52 Н при амплитуде синусоидальной составляющей 3 %. Чтобы уменьшить это «биение», необходимо подобрать материл и форму резца таким образом, чтобы амплитуде синусоидальной составляющей имела как можно меньшее значение.

В таблице 5.2 приведены расчетные параметры привода и параметры, полученные по модели.

Таблица 5.4 – Результаты расчетов

Параметр	Расчетное значение	Практическое значение	Относительная погрешность, %
Скорость быстрого хода Vб.х., мм/мин	5000	5000	0
Рабочая скорость Vраб., мм/мин	238,42	237,42	0,42
Сила резания Рх, Н	912,814	908,57	0,46
Путь разгона до Vб.х., S0-1, мм	3	1,2	150
Путь торможения до Vраб., S2-3, мм	0,0027	0,5	99,46
Путь врезания резца в деталь, S3-4, мм	1	2,99	66,56

Как видно из таблицы 5.4, расчетные и практические значения скоростей и сил практически не расходятся, а значения погрешности расчета пути имеют большее значение. Это можно объяснить тем, что при расчете времени разгона, торможения и врезания в деталь, соответствующие пути принимались случайными.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Таким образом, в ходе выполнения курсового проекта был произведен расчет электропривода подачи многооперационного металлорежущего станка.

Были рассчитаны и построены циклограммы и нагрузочные диаграммы работы электропривода, сформирована желаемая механическая характеристика электропривода.

Был произведен выбор передачи винт-гайка по максимальной силе подачи и выбор электродвигателя по номинальному моменту. Приведенная масса винта и двигателя составила 511,1 кг, при этом масса консоли составляет 2032,8 кг. Выбранный двигатель был проверен по длительно и кратковременно возможным перегрузкам.

Затем была составлена структурная схема электропривода, произведен расчет его параметров, и на их основе составлена модель привода в программе «VisSim».

С помощью данной модели была настроена система управления электроприводом и произведена оценка работы полученного привода.

При настройке контура тока получили время переходного процесса тока якоря при подаче на вход системы единичного сигнала t_пп=0,006 с с перерегулированием σ=12,8%. При необходимости возможно уменьшить время переходного процесса до t_пп=0,0058 с, но тогда возрастет перерегулирование системы до σ=21,3%.

При настройке контура скорости и задатчика интенсивности (К_зи=30) было получено время переходного процесса скорости двигателя t_пп=0,036 с при максимальной силе F_max=7155 Н. (F_{max по ТЗ}=7500 Н). Возможно уменьшить время переходного процесса до t_пп=0,034 с (при К_зи=50), но при это максимальная сила возрастет до F_max=7810 Н. При выборе К_зи следует определить, что важнее: быстрота отработки скорости или ограничение действующей силы.

По графику скорости и силы были получены практические параметры скоростей и сил, совпадающие с расчетными (относительная погрешность не более 0,46%). Погрешность между расчетными и практическими значениями пути разгона, торможения и врезания в деталь составила практически 100%. Это можно объяснить тем, что при расчете времени разгона, торможения и врезания в деталь, соответствующие пути принимались случайными.

Полученная модель электропривода позволяет оценить надежность и точность работы привода. Так, например, возможно более точно определить участки разгона, торможения и врезания в деталь. Модель позволяет оценить колебания скорости подачи и силы резания при врезании в деталь. Так, сила резания вместо расчетного значения 912,814 Н колеблется в пределах от 872,7 Н до 941,52 Н. Скорость колеблется в пределах 1,5%. Также модель позволяет определить ограничения по току, получить механическую характеристику привода и по ней оценить силы, действующие в приводе.

Таким образом, полученный электропривод соответствует намеченным параметрам и допускает некоторую их вариацию при настройке системы управления под определенный режим работы.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Справочник технолога-машиностроителя. В 2-х т. Т. 2/Под ред. А.Г. Косиловой и Р.К. Мещерякова. - 4-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1986. 496 стр., ил.

2. Кочергин А.И. Конструирование и расчёт металлорежущих станков и станочных комплексов. Курсовое проектирование: Учеб. пособие для вузов. – Мн.: Выш. шк., 1991. – 382 с.: ил.

3. Справочник по электрическим машинам: В 2 т. Т. 2 / Под общ. ред. И. П. Копылова, Б. К. Клокова. – М.: Энергоатомиздат, 1989. – 688 с.: ил.

4. Усынин Ю.С. Системы управления электроприводов: Учеб. пособие. - Челябинск: Изд-во ЮУрГУ, 2001.-358 стр.

5. Электрический привод: учеб.пособие / В.В. Москаленко. - М.: Издательский центр «Академия», 2007. - 368 стр.

№ Документа

Дата

Подпись

Изм

36

Лист

Лист

140604.2012.886.09.00. ПЗ