Розрахунок системи регулювання промислового робота

Вихідні дані згідно варіанта № 11

Зусилля різання Fр, Н	Маса ВМ m1, кг	Маса  деталі m2, кг	Коефіцієнт тертя	Зусилля натягу Fн, Н	Швидкість швидкого ходу, м/с	Швидкість подачі, м/с	Прискорення ВМ , м/с2	Крок гвинта, мм
13000	700	275	0,15	12000	0,15	0,07	0.6	7

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Завдання

 

Студенту групи

 на виконання курсової роботи  з дисципліни “Електропривод  та автоматизація роботів і  маніпуляторів” для студентів  усіх форм навчання спеціальності 7.092.203 “Електромеханічні системи автоматизації та електропривод”.

 

Тема роботи:          

 

 

Курсова робота виконується згідно з варіантами.

Перелік питань та термін виконання

№ п/п	Питання, які підлягають розробці	Термін виконання
		Дата	Відсотки
1.	Розрахунок потужності і вибір двигунів при контурно-позиційному керуванні		20%
2.	Вибір інформаційних електромеханічних елементів виконавчих систем верстата		40%
3.	Розрахунок параметрів системи регулювання положення ЕП подачі верстатів		80%
4.	Оформлення пояснювальної записки і креслень		100%

 

Основний методичний матеріал:

1. Методичні вказівки до виконання курсового проекту з дисципліни “Електропривод і автоматизація роботів і маніпуляторів” для студентів спеціальності 7.092203 “Електромеханічні системи автоматизації та електропривод” всіх форм навчання. Полтава, Полтавський національний технічний університет імені Юрія Кондратюка, 2014 р.

    Методичні вказівки знаходяться  в бібліотеці корпусу “Ф”.

    Зразок виконання курсової роботи  знаходиться у читальному залі  корпусу “Ф” і на кафедрі.

 

 

 

Завдання видав              

         

 

 

ЗМІСТ

1. Технічні вимоги ................................................................................................

2. Енергетичний розрахунок .........................................................................................

1. Розрахунок потужності навантаження .................................................
2. Вибір двигуна і його перевірка.......................................................................

3. Вибір інформаційних електромеханічних елементів. Виконавчих

    систем верстата .................................................................................................

1. Обертові трансформатори ....................................................................
2. Датчики кутової швидкості ...................................................................
3. Датчики струму ...........................................................................................
4. Розрахунок параметрів системи регулювання положення ..............................
1. Визначення параметрів структурної схеми ДПС ...................................
2. Визначення параметрів контуру регулювання струму в системі

          ТП-Д .........................................................................................................

3. Розрахунок параметрів контуру регулювання швидкості в системі

з підпорядкованим контуром струму ...................................................

4. Визначення параметрів контуру регулювання положення в систе-

мі з підпорядкованими контурами швидкості і струму ......................

5. Висновок..............................................................................................................

Література.........................................................................................

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Технічні вимоги.

Всі електроприводи металорізальних верстатів підрозділяються на приводи головного руху, подачі і допоміжного руху. ПР більш близькі електроприводи подачі. До них ставлять такі вимоги:

• електропривод повинен бути розрахований для роботи в тривалому режимі відповідно до вимог технічних умов на застосування електродвигунів (ЕД);
• вал ЕД повинен бути пов’язаний із валом тахогенератора за допомогою жорсткою безлюфтової передачі з коефіцієнтом редукції 1;
• датчики положення, пов’язані з ЕД вимірювальними безлюфтовими передачами, повинні бути використанні на повний робочий кут по всіх координатах верстату;
• у режимі регулювання частоти обертання електропривод повинен забезпечити роботу у всіх 4-х квадрантах механічної характеристики при зміні напруги керування в межах +/- 10 В, мінімальну частоту обертання вала ЕД n = 1 об/хв.;
• відхилення миттєвої частоти обертання при зміні моменту навантаження в діапазоні (0,25...0,5) не повинно перевищувати від установленої частоти обертання при 0,5×Jдв;
• у діапазоні 1...10 об/хв. – +/- 10%;
• у діапазоні 10...n об/хв. – +/- 0,5%;
• смуга пропускання електропривода зі ЗЗ по швидкості повинна бути менше (20-200) Гц при амплітуді вхідного сигналу 0,1В;
• при частоті обертання n = 1 об/хв., момент навантаження Мст = 0,2Мном, зовнішньому моменті інерції J = 0,5×Jдв електропривод повинний забезпечувати зупинку валу після зняття керуючої напруги за 0,5 кута повороту вала ЕД;
• лінійність статичної характеристики електропривода, вхідна напруга керування, частота обертання ЕД у режимі регулювання не більше 5%;
• у системах ЧП ПР головні ЕП і приводи подач повинні забезпечувати режими позиціювання, точність позиціювання повинна досягати 1...2 мкм;
• відносна нерівномірність руху при мінімальній швидкості Кн< 0,3;
• ЕП ПР повинні бути реверсивними;
• необхідний діапазон регулювання швидкості ЕП подачі верстатів складає 10000;
• для зниження динамічних ударів, кінематика ЕП повинна забезпечувати повільність процесів пуску і реверса;
• для високої надійності обладнання ЕП повинний мати необхідні види захисту, блокування , сигналізації і діагностики.

 

2. енергетичний розрахунок.

2.1. Розрахунок  потужності навантаження.

Контурно-позиційне керування використовується в приводах подач верстатів і ланок роботів. Відмінною рисою роботи виконавчих двигунів у верстатних приводах є переважне використання тривалого режиму роботи, особливо для верстатів з ЧП, що входять до складу ГПМ.

Розрахунок необхідної потужності для тривалого режиму роботи проводиться наступним чином.

Зусилля подачі по керованій осі дорівнює:

;

де Fр – зусилля різання уздовж осі;

kр – 1,0-1,5 – коефіцієнт запасу;

m – коефіцієнт тертя;

FН – сила від попереднього натягу, неврахована в FNS;

FNS – сума нормальних сил, що діють на направляючі:

FNS = (m1 + m2)g;

де  m1, m2 – маса ВМ та деталі;

FNS = (700 +275)9.81 = 9564.75 Н;

тоді:

 Н;

Потужність, прикладена до ВМ у режимі різання:

РМХ = Fnvраб;

де  vраб – робоча швидкість подачі;

РМХ1 = 27.0847· 103·0.07 = 1895.9 Вт;

Потужність в режимі холостого ходу:

РМХ2 = (mFNS+ FН)vmax;

де  vmax – швидкість швидкого ходу;

РМХ2 = (0,15×9564.75 +12000)×0,15 = 2015.2 Вт;

 

2.2. Вибір двигуна  і його перевірка.

За довідником по найбільшій потужності (2015.2Вт) вибираємо двигун ПБВ 132-L з такими даними:

• потужність, Р =3 кВт;
• максимальна швидкість, w =60 с-1;
• момент інерції, J = 0,238 кг×м2;
• номінальний момент, Мн = 47,7 Н×м;
• напруга живлення, U = 70 В;
• струм живлення, І = 50 А;

• кратність моментів, ;
• опір якоря двигун, rяд = 0.07 Ом;
• стала часу якоря двигуна,  Тяд =7.9 мс;
• електромеханічна стала часу, Тем = 12.3 мс.

 

Визначимо передаточне число між РО ВМ і двигуном:

;

Момент на валу двигуна від сили різання:

;

де  h – ККД передачі гвинт-гайка (h = 0,85...0,9);

Н×м;

Момент на валу двигуна від сили тертя:

Мтр = mFNS×іа + 0,032Fн×Sв/3;

де Sв – крок різьби пари гвинт-гайка;

Мтр = 0,15×9564.75 ×2.242·10-3 + 0,032×12000×0,007/3 = 4.11 Н×м;

Момент опору на валу двигуна при робочій подачі:

М1 = Мп + Мтр = 34.289 +4.11 =38.4 Н×м;

Це значення не перевищує номінального моменту;

М1 £ Мном;

38.4 £ 47.7;

Статичний момент на валу на швидкому ходу:

М2 = Мтр = 4.11 Н×м;

М2 £ Мтр (4.11 £ 47.7).

Прискорення на валу двигуна:

;

с-2.

Приведений момент інерції механізму:

Jмх = (m1 + m2)×ia2;

Jмх = (700 + 275)×(2.242·10-3)2=4.9×10-3 кг·м2;

Необхідний динамічний момент двигуна:

Мдин = (1,2Jд + Jмх)×eд;

Мдин = (1,2×0,238 + 0,0049)×240≈ 70 Н×м.

Момент опору на валу двигуна, необхідний для прискорення ВМ складає:

М3 = Мдин + Мтр;

М3 = 70 + 4,11 = 74,11 Н×м;

Максимальний момент, що розвиває двигун складає:

Мmax = kl×Mном = 10×47,7 = 470 Н×м;

М3 £ Мmax (74,11 £ 470 );

Двигун обраний правильно, так, як виконуються умови:

М1 £ Мном, М2 £ Мтр, М3 £ Мmax.

 

 

3. Вибір інформаційних  електромеханічних елементів виконавчих  систем верстату.

Вибір типу датчика визначається вимогами по точності системи ЕП, конструктивними особливостями механічної системи верстата, умовами експлуатації.

 

3.1. Обертові  трансформатори.

В якості датчиків положення використовуємо обертовий трансформатор. Схеми ОТ забезпечують більш точне перетворення кута розузгодження.

Вибираємо обертовий трансформатор типу ВТ-7:

• режим роботи СКВТ;
• частота, f = 400 Гц;
• коефіцієнт трансформації, kт = 0,53;
• напруга U = 110 В;
• зсув фази –50.

 

Статична характеристика може бути визначена за допомогою співвідношення:

;

де Uп = напруга живлення;

;              В. 

 

3.2. Датчики кутової  швидкості.

Для вимірювання кутової швидкості обертання в системах ЕППС застосовуються тахогенератори постійного струму.

При виборі тахогенератора необхідно щоб виконувалась умова:

nдв.ном. < nтг.max.

де  nдв.ном = об/хв.;

Таким чином вибираємо тахогенератор ТД-201:

• напруга збудження, Uзб = 110 В;
• струм збудження, Ізб = 0,1 А;
• крутизна характеристики, kтг = 0,13 В/(об/хв);
• опір якоря, Rя = 780 Ом;
• nmax = 1000 об/хв.;
• маса, m = 0,49 кг;
• момент інерції, Jя = 235×10-7.
• струм максимальний Іmax = 0,2 А;

 

Визначаємо максимальну вихідну напругу:

Uвих.max = kтг×nтгmax;

Uвих.max = 0,13×1000 = 130 В.

Ом

Для подальших розрахунків Rззш приймаємо рівним 500 Ом.

 

3.3. Датчики струму.

У системах керування ЕП верстата сигнали, пропорційні струму, знімаються із шунтів, трансформаторів струму. Останнім часом у якості датчиків струму ширше використовуються прилади, засновані на ефекті Холу. Якщо в якості датчика обрано шунт, то в подальших розрахунках варто використовувати його коефіцієнт передачі, рівний 1,5 мВ/А, тобто шунт розрахований на номінальний струм 50А, має падіння напруги на опорі 75мВ.

 

В якості датчика струму використовуємо шунт з такими характеристиками:

• коефіцієнт передачі – 1,5мВ/А;
• номінальний струм – 50 А;
• падіння напруги на опорі – 75мВ.

 

 

 

 

 

 

 

4. розрахунок параметрів системи  регулювання положення.

4.1. Визначення  параметрів структурної схеми  ДПС.

Для обраного двигуна складаємо структурну схему на основі рівнянь:

Uя = RяS(1+рТя);

;

М = k×Ф×ія.

Значення kФн у структурній схемі визначається наступним чином:

;

1.1083 .

Структурна схема наведена в додатку 1.

4.2. Визначення  параметрів контуру регулювання  струму в системі ТП-Д

Функціональна схема контуру регулювання струму наведена в додатку 4.

В структурній схемі Се = kФн = 1.1083 .

Електромеханічна стала часу:

де JS – сумарний приведений момент інерції ВМ маніпулятора і двигуна:

          RяΣ=Rя–активний опір ланцюга якоря

JS = 1,2 Jдв + Jмх;

JS = 1,2×0.238 + 4.9×10-3 = 0.2905 кг×м2;

 с.

Для визначення параметрів схеми необхідно задатися максимальним значенням Uзт = Uзт max = 10В, що відповідає максимально-допустимому струму якоря Ія max = 2...2,5Ія.ном. і визначити коефіцієнт зворотного зв’язку по струму:

;

;

Задавши, значення опору Rзс = 15 кОм розрахуємо Rос;

;

 Ом.

Швидкодія контуру визначається співвідношенням постійних часу:

 і рівнем некомпенсованої  постійної часу Тm. при настроюванні на технічний оптимум Тm = 0,01 с., Тос = 0,02 с., ат = 2.

Передавальна функція об’єкту регулювання з врахуванням постійної запізнення тиристорного перетворювача tтп і інерційного фільтру в системі СІФК має вид:

;

де kтп = .

;

Враховуючи реальні співвідношення tтп < tф у результаті послідовної корекції отримаємо передавальну функцію розімкнутого контуру виду:

;

.

При цьому передавальна функція регулятора струму розраховується по формулі:

;

де Тис – постійна інтегрування:

 с.

.

Значення пасивних елементів ЗЗ підсилювача постійного струму знаходяться по формулі:

;

= 13,33 мкФ;

Ом.

4.3. Розрахунок  параметрів контуру регулювання  швидкості в системі