Удут Л.С., Кояин Н.В., Мальцева О.П. Проектирование и исследование автоматизированных электроприводов. Часть 6 Механическая система электропривода

Подождите немного. Документ загружается.

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Л. С. Удут, Н. В. Кояин, О. П. Мальцева

ПРОЕКТИРОВАНИЕ И ИССЛЕДОВАНИЕ

АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ

ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ

Часть 6

Механическая система электропривода

Издание второе,

переработанное и дополненное

Допущено УМО по образованию в области энергетики и электротехники

в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений,

обучающихся по специальности 140604 – «Электропривод и автоматика

промышленных установок и технологических комплексов» направления

подготовки 140600 – «Электротехника, электромеханика

и электротехнологии»

Издательство

Томского политехнического университета

Томск 2007

УДК 68-83-52

У31

Удут Л. С.

У31 Проектирование и исследование автоматизированных

электроприводов. Ч. 6. Механическая система электропривода:

учебное пособие / Л.С. Удут, Н.В., Кояин, О.П. Мальцева. –

Издание 2-е переработанное и дополненное – Томск:

Издательство Томского политехнического университета, 2007. –

148 с.

В учебном пособии рассмотрены вопросы расчета механической

системы электроприводов. Представлены структурные схемы

механической части и силового канала одно и многодвигательных

электроприводов, методика и примеры расчета параметров. Приведены

необходимые справочные сведения.

Пособие предназначено для студентов специальности 140604 –

«Электропривод и автоматика промышленных установок и

технологических комплексов».

УДК 68-83-52

Рекомендовано к печати Редакционно-издательским советом

Томского политехнического университета

Рецензенты

Доктор технических наук, профессор

Томского университета систем управления и радиоэлектроники

В.А. Бейнарович

Кандидат технических наук, доцент

Северской государственной технологической академии

С.Н. Кладиев

 Томский политехнический университет, 2007

 Оформление. Издательство Томского политехнического университета, 2007

1. ПАРАМЕТРЫ МЕХАНИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ

ЭЛЕКТРОПРИВОДА

Электроприводы как электромеханические объекты управления

современных промышленных агрегатов характеризуются весьма

сложной механической частью, которая представляет собой

многомассовую систему с упругими связями и зазорами в них. Кроме

того, рабочие органы отдельных механизмов сложных технологических

комплексов могут быть связаны между собой через обрабатываемый

материал или изделие. Электрическая часть электроприводов может

быть многодвигательной и выполняться с питанием электродвигателей

как от общего, так и от индивидуальных преобразователей, что

определяет их взаимное влияние друг на друга. В целом, работа

современных систем автоматизированного электропривода

характеризуется взаимосвязью электромагнитных процессов,

механических явлений и технологических факторов, действием

внешних (изменение моментов нагрузки, сил и моментов трения,

напряжения питающей сети и др.) и внутренних (изменение

электромеханических параметров привода) возмущений. Указанные

обстоятельства должны быть учтены при математическом описании

электромеханических объектов управления в целом и механической

системы привода в частности.

1.1. Примеры кинематических схем производственных механизмов

Механическая система электропривода включает в себя большое

количество кинематически связанных элементов и узлов: двигатель,

муфты, валы, шестерни, винтовые, ременные и другие передачи,

поступательно движущиеся массы и т.п. Каждая связь состоит из одной

или нескольких механических, гидравлических, пневматических,

электрических цепей, через которые передаются требуемые

исполнительные движения. Простейшие механические цепи

представляют собой отдельные пары: зубчатые, винтовые, червячные,

ременные и т.п. Изображение кинематической цепи производственного

механизма посредством условных обозначений ее элементов называется

кинематической схемой механизма.

Ниже приведены упрощенные кинематические схемы некоторых

исполнительных механизмов производственных агрегатов, где, упуская

конструктивные подробности их реализации, основное внимание

уделено принципиальным особенностям механической части

электропривода.

Кинематическая схема механизма подачи металлорежущего станка

Схема приведена на рис. 1.1. Механизм подачи осуществляет

преобразование вращательного движения в поступательное. Основными

передачами механизма подачи являются винт – гайка и зубчатая

передача, которая может и отсутствовать. Характерные особенности

механизма подачи: податливость винта и его соединений, возможность

наличия кинематических зазоров в передаче винт – гайка и зубчатой

передаче.



дв





Рис. 1.1. Кинематическая схема механизма подачи металлорежущего

станка: 1 – электродвигатель; 2 – зубчатая передача; 3 – винт; 4 – гайка; 5 –

стол

Кинематическая схема механизма подъема

Схема приведена на рис. 1.2. Механизм подъема осуществляет

преобразование вращательного движения в поступательное.

Рис. 1.2.

Кинематическая



дв



дв

М М

1 1





gmG





1 2

схема механизма подъема: 1 – электродвигатель; 2 – редуктор; 3 – барабан

лебедки; 4 – канат

Основными элементами механизма являются редуктор с

несколькими зубчатыми передачами и подъемная лебедка, состоящая из

барабана и канатов. Схема заправки канатов имеет варианты в

зависимости от конкретного назначения механизма. Возможны

варианты однодвигательного привода и двухдвигательного с общим и

индивидуальными редукторами. Характерные особенности механизма

подъема: податливость канатов, провисание канатов, наличие зазоров в

зубчатых зацеплениях, возможность раскачивания груза. При жестком

соединении валов приводные электродвигатели чаще всего включаются

последовательно и питаются от общего преобразователя.

Кинематическая схема механизма перемещения (поворота)

В качестве примера на рис. 1.3 приведена кинематическая схема

многодвигательного привода механизма поворота экскаватора.

Рис. 1.3.

Кинематическая

схема

многодвигательного

электропривода

механизма поворота

экскаватора: 1 –

электродвигатель; 2 –

редуктор; 3 –

зубчатый венец; 4 –

поворотная

платформа; 5 –

ходовая тележка

хх



пл



М М 11

2 2

1дв



3дв



М М1 1

2 4



Основными передачами механизма являются зубчатые передачи.

Электродвигатели отдельных пар М1 и М2, М3 и М4 жестко связаны

валами. Пары двигателей М1, М2 и М3, М4 связаны с механизмом через

упругие элементы. В каждой паре двигатели включены

последовательно. Пары двигателей питаются от индивидуальных

преобразователей или включаются параллельно и питаются от общего

преобразователя. Характерные особенности механизма поворота:

податливость валопроводов; зазоры зубчатых передач; взаимное

влияние электроприводов через общую нагрузку; взаимное влияние

электродвигателей через общий преобразователь при их параллельном

включении. В транспортных системах дополнительно возможна

пробуксовка колес и перекос транспортного средства.

Кинематическая схема привода прокатной клети

На рис. 1.4 приведена кинематическая схема механизма

группового привода валков прокатной клети. Основными передачами

являются зубчатая передача и длинные валопроводы с шарнирными

соединениями. При индивидуальном приводе валков прокатной клети

электродвигателей два, редуктор отсутствует, а валопроводы имеют

разную длину. Характерные особенности механизма: податливость

длинных валопроводов, приводы валков связаны через обрабатываемый

материал.



дв

 М

2в



1в



Рис. 1.4. Кинематическая схема механизма группового привода валков

прокатной клети: 1 – электродвигатель; 2 – шестеренная клеть

(редуктор); 3 – шпиндель (валопровод); 4 – прокатный валок; 5 – слиток

Кинематическая схема привода непрерывно-поточных агрегатов

На рис. 1.5 в качестве примера приведена кинематическая схема

для одной секции многодвигательного привода агрегата непрерывно-

поточного производства. Электропривод агрегатов (линий) непрерывно-

поточного производства может быть выполнен групповым (с одним

приводным двигателем и развитой механической частью),

индивидуальным с общим преобразователем или с индивидуальными

преобразователями. Характерные особенности механизмов:

электродвигатели или электроприводы взаимосвязаны через

обрабатываемый материал; обрабатываемый материал (или изделие)

обладает ограниченной жесткостью.

Рис. 1.5. Кинематическая схема

многодвигательного привода

агрегата непрерывно–

поточного производства: 1 –

электродвигатель; 2 – редуктор;

3 – приводной барабан; 4 –

обрабатываемый материал

1.2. Коэффициенты передачи, передаточные числа,

радиусы приведения

При движении в кинематической цепи имеет место определенная

связь скоростей и перемещений отдельных элементов и всей цепи в

целом. Для простейших кинематических передач эта связь

характеризуется коэффициентом передачи (передаточным отношением)

– отношением скоростей и перемещений выходного звена к входному

звену (в прямом направлении передачи момента от вала двигателя). Так

для передач вращательного движения коэффициент передачи

вх

вых

вх

вых







k

, (1.1)

где

выхвыхвхвх

,ω,,ω 

– угловые скорости вращения и углы поворота

входного и выходного звеньев, и для передач вращательного движения

в поступательное

хх

дв





1в i

11 i

вх

вых

вх

вых









, (1.2)

где

выхвых

, lV

– линейная скорость и перемещение конечного звена.

В первом случае коэффициент передачи есть обратная величина

передаточного числа цепи (i)



, (1.3)

а во втором случае есть радиус приведения цепи

 



рад

,k

. (1.4)

При последовательном соединении n отдельных звеньев

кинематической цепи результирующий коэффициент передачи равен

произведению их коэффициентов передачи

kkkk  

. (1.5)

Коэффициенты передачи для некоторых видов механических

передач приведены в табл. 1.1.

Таблица 1.1

Вид передачи

Коэффициент

передачи

Примечание

Зубчатая

вых

вх

вых

вх

k 

d – средний диаметр

шестерни;

z – число зубьев шестерни

Червячная



z – число зубьев шестерни;

– число заходов червяка

Зубчато - реечная

k 

d, r – средний диаметр,

радиус шестерни.

Винтовая

k 

– шаг винта

Ременная (цепная)

вых

вх

k 

d – диаметр шкива



gmG 

k 

бб

, RD

– диаметр, радиус

барабана;

m – масса, кг;

81.9g



gmG 

k 

Окончание табл. 1.1

Вид передачи

Коэффициент

передачи

Примечание



gmG 





бб

, RD

– диаметр,

радиус барабана;

m – масса, кг;

81.9g



gmG 





Примечание к табл. 1.1: * – размерность определяется единицами измерения

линейного перемещения конечного звена передачи.

1.3. Момент инерции вращающихся деталей привода

Вращающиеся детали привода характеризуются моментом

инерции, поступательно движущиеся – массой. Расчет масс при

поступательном движении пояснений не требует.

Момент инерции вращающегося тела в общем виде определяется

выражением,

мкг 

mJ

, (1.6)

где m – масса тела, кг;



– радиус инерции для рассматриваемой оси вращения, м.

Расчетные выражения для момента инерции простейших тел

вращения приведены в табл. 1.2. Практически детали вращения имеют

более сложную форму. Для вычисления момента инерции такую деталь

условно разбивают на простейшие и суммарный момент инерции

определяют как сумму инерций простейших деталей (или разность, если

деталь имеет полости). Зубчатые колеса, ходовые винты

рассматриваются как сплошные тела, диаметры которых равны среднему

диаметру зацеплений.

Таблица 1.2

Форма детали

Момент

инерции,

мкг 

Примечание

х х





lRm





х х





)(

*22

lrRm



















cbam 