Введение 5
1 Исследование влияния неопределенности параметров и действия возмущения на показатели качества работы привода каретки портального манипулятора 11
1.1 Анализ работы систем портальных манипуляторов технологического оборудования и особенности их эксплуатации 11
1.2 Портальные манипуляторы, применяемые на ПАО “АВТОВАЗ” 12
1.3 Портальный манипулятор производства ПТО ПАО ’’АВТОВАЗ” 20
1.4 Описание цикла работы портального манипулятора 24
1.5 Влияние изменения параметров вентильного двигателя и механической части на показатели привода каретки портального манипулятора 27
1.5.1 Электродвигатели осей подач портальных манипуляторов 27
1.5.2 Проверка кинематической части каретки портального манипулятора 29
1.5.3 Проверка вентильного двигателя по мощности 34
1.5.4 Проверка двигателя по условиям пуска и перегрузки 35
1.5.5 Проверка силовой части преобразователя 37
1.5.6 Проверка силовой части по перегрузке 38
2 Разработка и исследование математической модели системы с вентильным двигателем каретки портального манипулятора 41
2.1 Функциональная схема системы с вентильным двигателем каретки портального манипулятора 41
2.5 Состав и основные элементы системы электропривода 42
2.5.1 Синхронный двигатель серии 1 FT5 42
2.5.2 Датчик положения ротора синхронного двигателя 44
2.5.3 Бесконтактный тахогенератор 46
2.5.4 Преобразователь SIMODRIVE 610 каретки портального манипулятора 48
2.6 Разработка и и исследование математической модели с вентильным двигателем 55
2.6.1 Расчет параметров структурной схемы электропривода 59
2.7 Расчет параметров и оптимизация параметров и оптимизация контуров регулирования структурной схемы электропривода 60
2.7.1 Оптимизация контура тока 61
2.7.2 Оптимизация контура скорости 62
2.7.3 Построение характеристик переходных процессов системы электропривода 63
2.8 Математическое моделирование режимов работы электропривода каретки портального манипулятора 65
2.9 Исследование работы системы электропривода портального манипулятора 67
2.9.1 Наброс нагрузки на двигатель 67
2.9.2 Обработка цикла перемещения каретки манипулятора 71
3 Оптимизация и настройка параметров электропривода с вентильным двигателем на испытательном стенде 76
3.1 Испытательные стенды электроприводов с имитацией режимов работы 76
3.1.1 Описание испытательного стенда 78
3.2 Описание и характеристики модуля LCARD E440 82
3.3 Описание подключения аналоговых и цифровых сигналов 84
3.4 Экспериментальная настройка параметров регулятора скорости и тока системы электропривода с вентильным двигателем 86
3.5 Моделирование режимов работы на испытательном стенде с помощью LCARD Е 440 в MATLAB 88
Заключение 91
Список использованных источников 93
Приложение 1 97
Купить

В последнее время в России наметились тенденция к росту производства в том числе и в машиностроении. Это утверждение, полной мере, можно отнести и к автомобилестроению, которое является одной из сложных и наукоемких машиностроительных производств. От стабильности её работы напрямую зависит состояние экономики как отдельных городов и регионов, в которых сосредоточены такие производства, так и всей страны в целом. Развитие мировых стандартов при производстве автомобилей (таких как экологические ЕВРО 5 и ЕВРО 6), требует доведения показателей продукции выпускаемой нашей промышленностью до мирового уровня. Ведущим предприятием в автомобильной отрасли в Российской Федерации является ПАО “АВТОВАЗ”. Выпускаемые им новые модели пользуются стабильно возрастающим спросом, даже на падающем рынке. При этом в основном потребитель предпочитает покупать флагманские модели с двигателями мощностью 122 л.с. объемом 1,8 литра из новой линейки. Производство основных комплектующих для этого двигателя локализовано на Тольяттинской промышленной площадке на территории бывшего Механосборочного производства ПАО “АВТОВАЗ”.
Для увеличения объемов производства необходимо увеличивать производительность имеющегося оборудования. Часть нового оборудования, по производству компонентов силовых агрегатов H4 ф. “Рено”(114 л.с.) и отечественного двигателя мощностью 122 л.с. установлено в единой технологической цепочке со станками, закупленными ранее и обрабатывающими детали для двигателей предыдущего поколения. Технологические цепочки по производству данного двигателя являются бездублерными.
Концепция построения новых технологических цепочек оборудования по существующим мировым стандартам базируется на системе модульной компоновки: одним портальным манипулятором обслуживается несколько станков. В зависимости от необходимости увеличения производительности определенной технологической операции в цепочку просто добавляется необходимое количество единиц технологического оборудования. На производительность нового оборудования напрямую влияет скорость работы общей транспортной связи - портального манипулятора обслуживающего данную технологическую цепочку. При этом портальный манипулятор должен обеспечивать достаточное быстродействие, позволяющее одновременно выполнять обслуживание до 5 параллельно работающий станков.
Рисунок 1-Технологическая цепочка станков, обслуживаемая одним манипулятором
Общая производительность цепочки технологического оборудования зависит от времени, затрачиваемого на непосредственное осуществление рабочего процесса, времени для вспомогательных перемещений: таких как транспортные операции, закрепление и открепление детали, отвод и подвод рабочих органов. Время на основные операции, связанные с обработкой детали задаются жестко в технологическом процессе. А временем, затрачиваемым на вспомогательные перемещения, обычно можно варьировать. Это достигается сокращением числа холостых перемещений , увеличением скорости работы, совмещением по времени холостых ходов с рабочими.
В промышленности широкое распространение получили различные манипуляторы, которые предназначены для выполнения тяжелых, опасных, вредных технологических операций. Задачи, которые решают современные манипуляторы, разнообразны, следовательно и структура этих устройств также различна и многообразна. Практика оптимизации механизмов оснащенных манипуляторами показывает, что при установке нового оборудования в существующие технологические потоки транспортные связи чаще всего становятся проблемной зоной.
Особенно это проявляется в точках, где скорость работы старых и новых транспортных связей зависят друг от друга.
Поэтому задача, позволяющая обеспечить повышение быстродействия и точности перемещения портального манипулятора является актуальной при встраивании нового оборудования в существующие производственные цепочки. Решение данной задачи должно осуществляться с учетом влияния неопределенности параметров используемых вентильных двигателей и механической части манипуляторов, а также с учетом внешних возмущающих воздействий на показатели качества работы электроприводов портального манипулятора.
Существует множество различных видов и типов портальных манипуляторов, оснащенных как электрическим приводом, так и гидравлическим и пневматическим.
В современных моделях портальных манипуляторов в качестве основного привода осей подъема-опускания рук и привода каретки используется электрический привод. Пневматический и гидравлический привод на портальных манипуляторах на данный момент в основном применяют для грейферных головок, фиксации инструмента и зажима заготовок.
Электропривод представляет собой электромеханическое устройство, предназначенное для приведения в движение рабочего органа машины и управления её технологическим процессом. Он состоит из четырёх частей: электрического двигателя, осуществляющего электромеханическое преобразование энергии, передаточного устройства, передающего механическую энергию рабочему органу машины, преобразователя и системы управления, обеспечивающей оптимальные режимы управление технологическим процессом.
В существующих портальных манипуляторах в осях, управляющих движением рук и каретки, в качестве двигателей применяется или асинхронные электродвигатели или вентильные двигатели. Для осей манипуляторов, у которых скоростные характеристики являются главными, преимущество отдается системам электропривода с вентильным двигателем.
Электропривод переменного тока с вентильным двигателем в большинстве случаев строится на основе синхронной машины с возбуждением от редкоземельных постоянных магнитов, расположенных на роторе. Магниты создаются таких материалов как “Неодим - Железо-Бор” или "Самарий - Кобальт" и обеспечивают требуемое значение магнитной индукции в воздушном зазоре.
Вентильный двигатель, в сравнении с ДПТ, при одной и той же мощности и номинальной скорости в почти в 2раза легче, а его момент инерции практически в 1,5 раза меньше. Синхронный двигатель с возбуждением от постоянных магнитов, будучи бесконтактной электрической машиной, является более надежным в сравнении с ДПТ, имеющей механический коллектор, который ограничивает двигатель по условиям коммутации. Вентильные привода обеспечивают почти четырёхкратную перегрузку по току и моменту, что дает значительное увеличение быстродействия.
Это позволяет получить бесконтактный электропривод с малым моментом инерции ротора и большей перегрузочной способностью, так как якорная обмотка расположена на статоре. Такой электропривод имеет более высокий КПД из-за отсутствия потерь на возбуждение, неограниченный срок службы и требует меньшие затраты на ремонт и обслуживание.
Улучшение характеристик транзисторов IGBT, MOSFET, гибридных сборок повышенной интеграции и функциональных микросхем управленияими, совершенствование технологии их изготовления на данный момент позволило значительно снизить стоимость электроприводов с вентильными двигателями. В настоящее время электроприводы с вентильным двигателем применяются в качестве базовых приводов подачи для большинства металлообрабатывающих станков и приводных осей манипуляторов и промышленных роботов. На данный момент подобные двигатели и электропривода производят все основные производители электротехнического оборудования: “АВВ”, “Allen - Bradley”, “Siemens”, “SchneiderElectric”, “Omron”, “Fanuc” т.д.
В действующем производстве, помимо актуальных линеек электроприводных систем с вентильными двигателями, на оборудовании используется достаточно много приводов с вентильными двигателями, техническая поддержка производителя у которых заканчивается. Эти системы электропривода работают в технологических цепочках, куда встраивается новое оборудование.
Данные электроприводные системы вполне работоспособны, но требуют более тщательного к себе обращения, так как элементы этих систем уже неоднократно подвергались ремонту. В связи с этим их изначальные технические характеристики могут изменяться, что соответственно негативно влияет на их скоростные характеристики и точность.
В условиях поточного производства и достаточно большого количества подобных однотипных систем электропривода на промышленных предприятиях целесообразно самостоятельно разрабатывать контрольные, имитационные и ремонтные стенды для проверки компонентов приводных систем и повышения уровня квалификации действующих специалистов.
Развитие автоматизированного электропривода ведёт к повышению экономической эффективности технологических процессов.
Поэтому в диссертации решается задача, позволяющая обеспечить повышение быстродействия перемещения ранее установленных портальных манипуляторов. Решение данной задачи должно осуществляться с учетом влияния неопределенности параметров используемых вентильных двигателей и механической части манипуляторов, а также с учетом внешних возмущающих воздействий на показатели качества работы электроприводов портального манипулятора.
Анализ работы действующих электроприводов с вентильными двигателями показывает необходимость проработки вопросов исследования и имитации работы подобных систем на стендах с целью улучшения их характеристик.
Поэтому исследование систем прецизионного электропривода для портальных манипуляторов, построенного на вентильных электродвигателях, а также создание стендов для их изучения и настройки является актуальной задачей.
Предметом исследования в настоящей работе является система электропривода каретки портального манипулятора с вентильным двигателем.
Целью работы является повышение быстродействия перемещения каретки портального манипулятора и разработка стенда электропривода с вентильным двигателем, позволяющего обеспечить проверку параметров компонентов электропривода с разработкой методики их проверки.
В работе поставлены следующие задачи: 1) разработать математическую модель электропривода каретки портального манипулятора с управление от конечных выключателей и по положению (от инкрементального датчика), 2) разработать конструкцию стенда электропривода с вентильным двигателем обеспечивающую возможность тестирования и настройки электропривода, 3) разработать методику проверки вентильного двигателя после ремонта.
Теоретическая значимость работы заключается в разработке математической модели электропривода с управлением по положению.
Купить