Помощь студентам в учебе
Модернизация привода портала балансировочного станка
|
Введение 5
1 Анализ состояния электроприводов и перспективы их применения
в загрузочных порталах 7
2 Система электропривода портала 12
2.1 Структура построения электропривода движения портала 12
2.2 Синтез преобразователя частоты с широтно-импульсной модуляцией 13
3 Кинематическая схема привода портала 20
4 Расчет мощности и выбор типа двигателя движения портала 21
4.1 Расчёт усилия горизонтального перемещения портала 21
4.2 Расчёт статического момента на валу двигателя 22
4.3 Расчёт динамических моментов при пуске и торможении 22
4.4 Выбор типа двигателя движения портала 24
4.5 Проверка выбранного двигателя по перегрузочной способности 24
4.6 Проверка выбранного двигателя по нагреву 24
4.7 Расчёт параметров асинхронного двигателя 25
5 Расчет и выбор преобразователя частоты 29
5.1 Основные элементы силового канала электропривода 29
5.2 Расчет элементов преобразователя частоты 30
6 Расчет контуров регулирования электропривода 36
7 Статические и динамические характеристики электропривода портала 39
8 Разработка соединительной муфты 47
9 Расчеты защитного заземления и искусственного освещения 49
10 Экономическое обоснование модернизации привода портала 53
Заключение 56
Список использованных источников 57
1 Анализ состояния электроприводов и перспективы их применения
в загрузочных порталах 7
2 Система электропривода портала 12
2.1 Структура построения электропривода движения портала 12
2.2 Синтез преобразователя частоты с широтно-импульсной модуляцией 13
3 Кинематическая схема привода портала 20
4 Расчет мощности и выбор типа двигателя движения портала 21
4.1 Расчёт усилия горизонтального перемещения портала 21
4.2 Расчёт статического момента на валу двигателя 22
4.3 Расчёт динамических моментов при пуске и торможении 22
4.4 Выбор типа двигателя движения портала 24
4.5 Проверка выбранного двигателя по перегрузочной способности 24
4.6 Проверка выбранного двигателя по нагреву 24
4.7 Расчёт параметров асинхронного двигателя 25
5 Расчет и выбор преобразователя частоты 29
5.1 Основные элементы силового канала электропривода 29
5.2 Расчет элементов преобразователя частоты 30
6 Расчет контуров регулирования электропривода 36
7 Статические и динамические характеристики электропривода портала 39
8 Разработка соединительной муфты 47
9 Расчеты защитного заземления и искусственного освещения 49
10 Экономическое обоснование модернизации привода портала 53
Заключение 56
Список использованных источников 57
Загрузочный портал (манипулятор) в своей составляющей имеют конструкцию, которая позволяет производить перемещение деталей и готовой продукции в пространстве с различными степенями свободы. Манипуляторы позволяют автоматизировать проводимые работы как на производстве, так и в средах, недосягаемых или угрожающих жизни человека (водная, химическая и другие среды), вспомогательные работы в промышленном производстве. Порталы подразделяются на ручные (управляемые человеком) и автоматические манипуляторы. Последние являются разновидностью роботов.
Загрузочный портал балансировочного станка представляет собой манипулятор, предназначенный для автоматической загрузки и загрузки обрабатываемых деталей (коленчатых валов) на портал, а также их транспортирования от загрузочного конвейера на балансировочный станок и обратно на разгрузочный конвейер. Загрузочный портал состоит из каретки, на которой смонтированы две руки, для зажима и удержания деталей при их перемещении. Загрузочный портал обеспечивает циклический режим работы, который состоит из трех стадий: загрузка детали на портал, движение портала к балансировочному станку, снятие готовой детали (коленчатого вала) и движение портала разгрузочному конвейеру.
Естественно для осуществления управления таким сложным механизмом как манипулятор необходим промышленный привод. В качестве приводов используются гидравлические приводы и электроприводы на основе вентильных двигателей. Гидравлический привод используется в загрузочном портале балансировочного станка, в механо - сборочном производстве ОАО «АвтоВАЗ». Здесь гидравлический привод осуществляет горизонтальное перемещение портала.
Для размещения гидравлический привод требует большой площади, трубопроводы привода идут по всей рабочей поверхности промышленной машины, что требует специального проектирования и выделения места. Дополнительно требуется разместить насосы. Создается сильный шум, так как лопастные насосы приводятся в движение от асинхронного двигателя. Использование гидропривода нарушает экологию по отношению к окружающей среде, так как возможна течь масла от клапанов и маслопроводов. Кроме того, в гидроприводе неэкономично используется энергии, требуется более частое техническое обслуживание элементов гидравлики и кинематических устройств, а также возникают ситуации с нехваткой гидравлических и механических частей для замены при ремонте, что в конечном итоге проявляется в простое автоматической линии.
В большинстве случаях гидравлический привод применяется там, где требуется большая мощность или обеспечение громадного возвратно- поступательного усилия для рабочего органа. В данном случае, для обеспечения движения портала требуется небольшая мощность, которая может быть получена при применении электрического привода. Отсюда возникает потребность в замене гидравлического привода загрузочного портала на электропривод с асинхронным двигателем.
Среди электроприводов наибольшее применение в портальных манипуляторах нашли электроприводы с вентильным двигателем. Ротор вентильных двигателей состоит из постоянных магнитов, которые для обеспечения высоких значений магнитной индукции изготавливают из редкоземельных металлов. Это обстоятельство обуславливает значительно большую стоимость электропривода с вентильным двигателем в сравнении с электроприводом на базе асинхронной машины, а также более высокие эксплуатационные расходы в процессе обслуживания.
Целью выпускной квалификационной работы является повышение надежности и снижение эксплуатационных расходов при работе привода движения загрузочного портала балансировочной станка для центровки коленчатых валов, путем разработки и внедрения асинхронного электропривода с векторным и микропроцессорным управлением.
Загрузочный портал балансировочного станка представляет собой манипулятор, предназначенный для автоматической загрузки и загрузки обрабатываемых деталей (коленчатых валов) на портал, а также их транспортирования от загрузочного конвейера на балансировочный станок и обратно на разгрузочный конвейер. Загрузочный портал состоит из каретки, на которой смонтированы две руки, для зажима и удержания деталей при их перемещении. Загрузочный портал обеспечивает циклический режим работы, который состоит из трех стадий: загрузка детали на портал, движение портала к балансировочному станку, снятие готовой детали (коленчатого вала) и движение портала разгрузочному конвейеру.
Естественно для осуществления управления таким сложным механизмом как манипулятор необходим промышленный привод. В качестве приводов используются гидравлические приводы и электроприводы на основе вентильных двигателей. Гидравлический привод используется в загрузочном портале балансировочного станка, в механо - сборочном производстве ОАО «АвтоВАЗ». Здесь гидравлический привод осуществляет горизонтальное перемещение портала.
Для размещения гидравлический привод требует большой площади, трубопроводы привода идут по всей рабочей поверхности промышленной машины, что требует специального проектирования и выделения места. Дополнительно требуется разместить насосы. Создается сильный шум, так как лопастные насосы приводятся в движение от асинхронного двигателя. Использование гидропривода нарушает экологию по отношению к окружающей среде, так как возможна течь масла от клапанов и маслопроводов. Кроме того, в гидроприводе неэкономично используется энергии, требуется более частое техническое обслуживание элементов гидравлики и кинематических устройств, а также возникают ситуации с нехваткой гидравлических и механических частей для замены при ремонте, что в конечном итоге проявляется в простое автоматической линии.
В большинстве случаях гидравлический привод применяется там, где требуется большая мощность или обеспечение громадного возвратно- поступательного усилия для рабочего органа. В данном случае, для обеспечения движения портала требуется небольшая мощность, которая может быть получена при применении электрического привода. Отсюда возникает потребность в замене гидравлического привода загрузочного портала на электропривод с асинхронным двигателем.
Среди электроприводов наибольшее применение в портальных манипуляторах нашли электроприводы с вентильным двигателем. Ротор вентильных двигателей состоит из постоянных магнитов, которые для обеспечения высоких значений магнитной индукции изготавливают из редкоземельных металлов. Это обстоятельство обуславливает значительно большую стоимость электропривода с вентильным двигателем в сравнении с электроприводом на базе асинхронной машины, а также более высокие эксплуатационные расходы в процессе обслуживания.
Целью выпускной квалификационной работы является повышение надежности и снижение эксплуатационных расходов при работе привода движения загрузочного портала балансировочной станка для центровки коленчатых валов, путем разработки и внедрения асинхронного электропривода с векторным и микропроцессорным управлением.
В результате проведенной модернизации привода портала балансировочного станка разработан электропривод с асинхронным двигателем и системой векторного управления, позволяющий повысить надежность работы, снизить затраты на расход электроэнергии и обслуживание. Электропривод выполнен на основе типового преобразователя семейства MICROMASTER (тип 6SE32 - 15). Выполнен расчет элементов преобразователя частоты, в результате которого выбран силовой модуль СМ-50МХ- 12AMITSUBISHIELECTRIK, на ток !с = 50 А, и напряжение Uce = 1200 В.
Произведенные расчеты и моделирование в среде Simulink пакета MatLab режимов работы электропривода при типовых сигналах и при отработке цикло-граммы движения портала показали, что время отработки задания соответствует заданному значению (tm = 0,2c). Отработка перемещения происходит без перерегулирования. Выбранная система векторного управления электроприводом обеспечивает раздельное регулирование скоростью вращения и магнитным потокосцеплением, что позволяет работать двигателю с номинальным магнитным потоком в рабочих режимах.
Для соединения вала асинхронного двигателя с ведущим валом редуктора кинематической схемы движения портала разработана соединительная муфта. Наличие в конструкции муфты упругого вкладыша обеспечивает компенсацию незначительного смещения валов, возникающего при монтаже или тепловом расширении.
Произведены расчеты защитного заземления и искусственного освещения рабочего участка. Выполненное экономическое обоснование модернизации привода движения портала подтверждает целесообразность использования проектного варианта.
Произведенные расчеты и моделирование в среде Simulink пакета MatLab режимов работы электропривода при типовых сигналах и при отработке цикло-граммы движения портала показали, что время отработки задания соответствует заданному значению (tm = 0,2c). Отработка перемещения происходит без перерегулирования. Выбранная система векторного управления электроприводом обеспечивает раздельное регулирование скоростью вращения и магнитным потокосцеплением, что позволяет работать двигателю с номинальным магнитным потоком в рабочих режимах.
Для соединения вала асинхронного двигателя с ведущим валом редуктора кинематической схемы движения портала разработана соединительная муфта. Наличие в конструкции муфты упругого вкладыша обеспечивает компенсацию незначительного смещения валов, возникающего при монтаже или тепловом расширении.
Произведены расчеты защитного заземления и искусственного освещения рабочего участка. Выполненное экономическое обоснование модернизации привода движения портала подтверждает целесообразность использования проектного варианта.