АННОТАЦИЯ 2
ВВЕДЕНИЕ 7
1 Современные методы контроля крутящего момента 8
1.1 Косвенный метод контроля момента 8
1.2 Тензодатчики с контактными кольцами 11
1.3 Бесконтактные тензодатчики 13
1.4 Фотоупругие преобразователи крутящего момента 15
1.5 Магнитоупругие датчики 17
1.6 Примеры применения в технологических процессах 18
2 СРАВНЕНИЕ ИСХОДНЫХ КОНСТРУКЦИЙ ДАТЧИКА 20
2.1 Разновидности МД 20
2.2 Картины полей и характеристики 26
2.3 Программное обеспечение для расчёта датчика крутящего момента 32
2.3.1 Секция 1 - Основные параметры 33
2.3.2 Секция 2 - Конструктивные параметры 34
2.3.3 Секция 3 - Параметры электромагнитной цепи 35
2.3.4 Секция 4 - Расчёт выходного напряжения 36
3 РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ 37
3.1 Выбор элементов математической модели 37
3.1.1 Выбор электродвигателя 38
3.1.2 Выбор тиристорного преобразователя 39
3.1.3 Выбор силового трансформатора 41
3.1.4 Выбор сглаживающего реатора 45
3.2 Настройка параметров регуляторов 45
3.3 Контур управления моментом 49
3.4 Построение характеристик и проверка функционирования схемы ... 50
4 ПРОЕКТИРОВАНИЕ ОПЫТНЫХ СТЕНДОВ 57
4.1 Проектирование простого стенда 57
4.1.1 Расчёт прочности стержней 59
4.1.2 Расчёт стержня для груза на растяжение 64
4.2 Проектирование автоматизированного стенда 68
4.2.1 Выбор исследуемого вала и датчиков крутящего момента 69
4.2.2 Выбор двигателя для стенда 72
4.2.3 Выбор нагрузочной машины для стенда 75
4.2.4 Выбор редукторов 75
4.2.5 Выбор тиристорного преобразователя 77
4.2.6 Приведение моментов к валу двигателя 77
4.2.7 Расчёт вала на скручивание 78
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 81
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 82
В данной выпускной квалификационной работе произведено проектирование и моделирование устройства контроля механических параметров электропривода, а также анализ преимуществ данного устройства над существующими методами контроля крутящего момента.
Актуальность работы обусловлена необходимостью точного контроля крутящего момента во многих технологических процессах и несовершенством уже существующих решений.
Цель работы состоит в определении эталонного исполнения для проектируемого устройства (датчика) путём сравнения виртуальных моделей существующих вариантов конструкции. В силу трудоёмкости и сложности процесса расчёта, его необходимо автоматизировать программным путём.
Для дальнейшего проектирования устройства требуется проверить меру его влияния на систему управления электроприводом. Эта проверка будет состоять в расчёте и составлении математической модели в двух условных режимах: в режиме идеального измерения необходимых величин и в режиме измерения этих величин разрабатываемым датчиком. Результат сравнения двух данных режимов покажет меру влияния математической модели устройства на систему.
Конечным этапом проектирования является опытная проверка устройства. Для этого необходимо спроектировать лабораторные стенды с возможностью изменения крутящего момента. Проектирование испытательных стендов подразделяется на два этапа: проектирование мануального стенда и проектирование автоматизированного стенда.
При испытании датчика на мануальном стенде предусматривается точное задание крутящего момента и отслеживание показаний устройства. При опытах на автоматизированном стенде будет произведено сравнение работоспособности разрабатываемого датчика и аналогичного устройства уже применяющегося в технологических процессах.
В рамках выпускной квалификационной работы был произведён анализ существующих решений по контролю крутящего момента в системах электропривода.
Составлены виртуальные модели различных конструктивных исполнений бесконтактного магнитоупругого датчика крутящего момента. В каждом случае были заданы одинаковые условия для чистоты полученных результатов. Произведено сравнение разных исполнений и выявление наилучшего варианта. Получены картины магнитных полей на поверхности исследуемого вала для наглядности действия устройств.
Разработано и описано программное обеспечение для автоматизации расчёта проектируемого устройства в конструктивном исполнении, выявленном на предыдущем этапе.
Выбрано оборудование для составления математической модели системы управления электроприводом. Рассчитана и составлена математическая модель системы управления электроприводом. Получены результаты работы системы в случае с идеальным измерением необходимых величин и в случае с применением датчика в обратной связи. Произведено сравнение данных результатов и проведена оценка влияния математической модели устройства на систему управления электроприводом в сравнении с идеальной системой.
Выполнено проектирование двух вариантов испытательного стенда для контроля крутящего момента на исследуемом валу. Для мануального стенда составлена схема исполнения, продумана возможность задания момента, произведён расчёт прочности элементов стенда. Для автоматизированного стенда составлена схема соединения элементов, выбран исследуемый двигатель и нагрузочная машина, теристорных преобразователей, произведён выбор редукторов и тензометрического датчика крутящего момента. Исследуемый вал рассчитан на прочность при скручивании.
