ВЫБОР АСИНХРОННОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ ДЛЯ ПРИВОДА

 

 

Предварительный выбор двигателя. Электродвигатель для главного привода станка выбирают на стадии разработки его кинематической схемы. При проектировании специального станка для всех элементов цикла определяют эффективную мощность резания. Пользуясь кинематической схемой главного привода и зависимостью , вычисляют его коэффициент полезного действия η` (или в зависимости от сложности привода принимают равным 0,75…0,85).

Электродвигатель выбирают по расчётной номинальной мощности:

,

где – максимальная мощность резания в цикле работы станка; – коэффициент перегрузки: в зависимости от режима работы двигателя.

Если при разработке главного привода универсального станка определить номинальную мощность его двигателя бывает затруднительно из-за отсутствия исходных данных, можно подобрать двигатель исходя из технических параметров лучших отечественных и зарубежных станков.

О выборе двигателя для разработанного привода. После того как механическая часть главного привода разработана, определяют постоянные Р_Х и нагрузочные Р_Н потери в ней, а также мощность на приводном двигателе:

.

Если проектируют специальный станок, мощность на двигателе вычисляют для каждого элемента цикла работы станка. Двигатель выбирают с учётом режима работы.

Выбор двигателя для работы в продолжительном режиме S1. Продолжительный режим S1 характерен для двигателей главного привода тяжёлых токарных, шлифовальных и зубообрабатывающих станков. Номинальную мощность двигателя (кВт) определяют по мощности резания P_P и КПД η; механической части привода:

.

Выбор двигателя для работы в повторно-кратковременном режиме S3. Повторно-кратковременный режим работы характерен для двигателей главного привода станков-автоматов, полуавтоматов, отрезных станков. Для них рекомендуется применять асинхронные двигатели с повышенным скольжением. Если t_P – время работы двигателя в цикле станка, t₀ – продолжительность паузы, то расчётная продолжительность включения двигателя

.

Когда , номинальную мощность двигателя определяют по зависимости , а двигатель выбирают по каталогу, принимая во внимание, что для них номинальным режимом работы является повторно-кратковременны при ПВ=40%.

Если расчётная продолжительность включения отличается от 0,4, т.е. от ПВ=40%, определяют мощность, которую может развивать двигатель при расчётной продолжительности включения:

,

где – стандартная продолжительность включения (для двигателей серии принята равной 0,15; 0,25; 0,40; 0,60; 1,00); – номинальная мощность двигателя при стандартном ПВ, соответствующем (кВт).

При этом берут ближайший к . Двигатель выбирают по мощности

Выбор двигателя для работы в режиме S4 и S5 с частыми пусками и торможениями или реверсами. Двигатели выбирают по предельно допустимому числу пусков в час.

Зная заданную мощность на шпинделе станка, определяют с учетом КПД привода мощностью на валу двигателя и по каталогу выбирают ближайший по мощности двигатель. По его технической характеристике, параметром разработанной механической части главного привода, продолжительности цикла работы станка , времени работы двигателя в цикле и продолжительности паузы находят: продолжительность включения ; отношение статического момента сопротивления к номинальному моменту выбранного двигателя: коэффициент (по рис. 8.1); коэффициент инерции , где – момент инерции ротора двигателя, кг·м²; отношение суммарных потерь предварительно выбранного двигателя при номинальной мощности P в длительном режиме работы к суммарным потерям при мощности соответствующей повторно-кратковременному режиму,

где – КПД двигателя при номинальной мощности; – КПД двигателя при мощности, соответствующей повторно-кратковременному режиму с продолжительностью включения

Затем для предварительно выбранного двигателя по каталогу находят условно допустимое число h₀ пусков в час при отсутствии статической и динамической нагрузок. Вычисляют допустимое число h пусков двигателя в час с учётом реальных нагрузок и режима работы:

 

Рис. 8.1. Зависимость коэффициента от статического момента для двигателей серий: 1– 4АС; 2 – 4А150-4А132; 3 – 4А160-4А250; 4 – 4А180; 5 – 4А315-4А355;

 

 

Если двигатель тормозится противовключением или реверсируется, допустимое число включений или реверсов получают делением найденного значения h на 4.

Определяют минимальное допустимую продолжительность цикла работы станка:

Если больше заданной продолжительности цикла , двигатель выбран неправильно. Необходимо взять более мощный двигатель и повторить для него расчёт.

Если заданы время разгона (пуска) и время торможения шпинделя станка, двигатель проверяют и по этим критериям. Сначала вычисляют номинальный момент двигателя (Н·м)

и средний пусковой момент (Н·м)

,

где – каталожное значение отношение максимального момента двигателя к номинальному ; – каталожное значение отношения его пускового момента к номинальному.

Затем определяют время пуска и время торможения шпинделя:

; ,

где – средний момент торможения, Н·м: .

Время реверсирования шпинделя .

Если продолжительности пуска, торможения и реверсирования недопустимо велики, надо взять по каталогу следующий двигатель и повторить расчёт.

Выбор двигателя для работы в перемежающихся режимах S6-S8. Эти режимы в металлорежущих станках встречаются наиболее часто. Цикл работы двигателя может включать следующие элементы: пуск для разгона шпинделя при статическом моменте сопротивления привода и момент инерции, приведённом к валу двигателя, равном ; работа при мощности на валу двигателя в течение времени торможение противовключением; пауза в течение времени перед изменением частоты вращения шпинделя; разгон шпинделя при и ; работа при в течение времени торможение противовключением; пауза для снятия обработанной детали и установки заготовки и др. Двигатель выбирают следующим образом.

Строят цикловой нагрузочный график. Для этого на оси абсцисс откладывают продолжительности j -х интервалов цикла, на оси ординат – значения мощности двигателя в j -м интервале (рис. 8.2).

Рис. 8.2. Цикловой нагрузочный график электродвигателя

 

По нагрузочному графику определяют наибольшую мощность имощность потерь в j -м интервале:

,

где – КПД электродвигателя, соответствующий мощности .

Вычисляют среднюю мощность потерь за цикл работы станка:

,

где q – число интервалов в цикле; – время цикла.

По перегрузочной способности производят предварительный выбор двигателя по каталогу. Для этого его номинальную мощность P определяют исходя из наибольшей мощности в цикле работы:

,

где λ – коэффициент перегрузки: при предварительном выборе двигателя λ;=1,5.

Выбранный двигатель проверяют на нагрев по методу средних потерь. Для этого находят номинальное значение потерь мощности в двигателе при работе номинальной мощностью P в режиме S1

и проверяют выполнение условия

.

Если условие не выполняется, предварительно выбранный двигатель для данного привода не подходит по нагреву.

По каталогу выбирают следующий, более мощный двигатель и повторяют расчёт.

Более точная методика выбора двигателя включает учёт потерь энергии (кДж) в нём при пуске

,

торможении

и реверсировании

.

Снижение эффективности охлаждения отключённого электродвигателя (во время паузы t₀) учитывают коэффициентом β₀ , а при пуске и торможении (вследствии снижения частоты вращения) – коэффициентом β₁. Для двигателей 4АН с Р =1…100 кВт и с синхронной частотой 1500 об/мин коэффициент β₀ =0,5…0,2, а для двигателей 4А β₀ =0,45…0,3 (меньшие значения относятся к большей мощности). Коэффициент β₁ =0,5(1+ β₀).

Таким образом, уточнённые средние потери мощности (кВт) в электродвигателе за цикл работы в повторно-кратковременных режимах S4, S5

.

Если с учётом уточнённых потерь за цикл работы условие не выполняется, следует выбрать более мощный двигатель и повторить расчёт.

ЛИТЕРАТУРА

 

1. Колев, Н.С. Металлорежущие станки: Учебное пособие / Н.С.Колев, Л.В.Красниченко, Н.С.Никулин. – М.: Машиностроение, 1980. – 500 с.

2. Проников, А.С. Проектирование металлорежущих станков и станочных систем: Справочник-учебник. В 3 т.

Т.1: Проектирование станков. / А.С.Проников, О.И.Аверьянов, Ю.С.Апполонов. Под ред. А.С.Проникова. – М.: Машиностроение, 1994. – 444 с.

3. Проников, А.С. Проектирование металлорежущих станков и станочных систем: Справочник-учебник. В 3 т.

Т.2: Расчёт и конструирование узлов и элементов станков. / А.С.Проников, Е.И.Борисов, В.В.Бушуева. Под ред. А.С.Проникова. – М.: Машиностроение, 1995. ­­­– 371 с.

4. Пуш, В.Э. Металлорежущие станки: Учебник для машиностроительных вузов. / В.Э.Пуш, В.Г.Беляев, А.А.Гаврюшкин. Под ред. В.Э.Пуша. – М.: Машиностроение, 1985 – 256 с.

5. Кочергин, А.И.Конструирование и расчёт металлорежущих станков и станочных комплексов: Учебное пособие. Минск: Вышэйшая школа, 1991. – 382 с.