Помощь студентам в учебе
Реконструкция мехатронной системы шпиндельного патрона резьбонарезного станка
|
АННОТАЦИЯ 2
ВВЕДЕНИЕ 6
1 АНАЛИЗ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА И ВЫБОР
ОСНОВНОГО ОБОРУДОВАНИЯ 8
1.1 Характеристика цеха, описание технологического процесса
работы механизма 8
1.2 Характеристика и кинематическая схема проектируемого механизма 11
1.3 Требование к приводу и система автоматизации 12
1.4 Выбор системы привода 13
1.5 Расчет и построение нагрузочной диаграммы и тахограммы 16
1.6 Выбор основного силового оборудования 23
1.7 Защита привода, расчет уставок защитных устройств 31
2 РАЗРАБОТКА САУ 37
2.1 Разработка архитектуры систем автоматизации 37
2.2 Выбор контроллеров и датчиков технологических координат 38
2.3 Выбор и разработка функциональный схемы САР привода
проектируемого агрегата 42
2.4 Разработка контура регулирования технологических координат 43
2.5 Разработка контура регулирования технологических координат 45
3 ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ РАСЧЁТЫ 58
3.1 Краткая характеристика подразделения и выпускаемой продукции.... 58
3.2 Расчёт производственной программы цеха 58
3.3 Расчёт сметы капитальных затрат 60
3.4 Расчёт РСЭО 62
3.5 Расчёт затрат на материалы и на плату труда со страховыми
отчислениями 64
3.6 Расчёт прибыли и показателей рентабельности 65
3.7 Расчёт срока окупаемости проекта 66
3.8 Составление сводной таблицы технико-экономических расчётов 67
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 68
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 70
ВВЕДЕНИЕ 6
1 АНАЛИЗ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА И ВЫБОР
ОСНОВНОГО ОБОРУДОВАНИЯ 8
1.1 Характеристика цеха, описание технологического процесса
работы механизма 8
1.2 Характеристика и кинематическая схема проектируемого механизма 11
1.3 Требование к приводу и система автоматизации 12
1.4 Выбор системы привода 13
1.5 Расчет и построение нагрузочной диаграммы и тахограммы 16
1.6 Выбор основного силового оборудования 23
1.7 Защита привода, расчет уставок защитных устройств 31
2 РАЗРАБОТКА САУ 37
2.1 Разработка архитектуры систем автоматизации 37
2.2 Выбор контроллеров и датчиков технологических координат 38
2.3 Выбор и разработка функциональный схемы САР привода
проектируемого агрегата 42
2.4 Разработка контура регулирования технологических координат 43
2.5 Разработка контура регулирования технологических координат 45
3 ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ РАСЧЁТЫ 58
3.1 Краткая характеристика подразделения и выпускаемой продукции.... 58
3.2 Расчёт производственной программы цеха 58
3.3 Расчёт сметы капитальных затрат 60
3.4 Расчёт РСЭО 62
3.5 Расчёт затрат на материалы и на плату труда со страховыми
отчислениями 64
3.6 Расчёт прибыли и показателей рентабельности 65
3.7 Расчёт срока окупаемости проекта 66
3.8 Составление сводной таблицы технико-экономических расчётов 67
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 68
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 70
В настоящее время активно используются автоматические системы управления технологического процесса.
Группа ЧТПЗ не отстает от этих тенденций. На основе данных полученных при прохождении летней практики для анализа был выбран автоматизированный резьбонарезной станок CDM 16"3/4, нарезающий резьбу на муфтах для соединения обсадных труб. Станок является полностью автоматизированным, со стороны оператора требуется задать режим резанья заготовки.
Автоматизированный станонок позволяет добиться следующих преимуществ:
• увеличение скорости выполнения повторяющихся задач;
• увеличение качества работы;
• повышение точности управления;
• возможность параллельного выполнения задач;
• быстрое принятие решений в типовых ситуациях.
В данной ВКР в качестве мехатронной системы будет рассматриваться привод шпинделя.
В первом разделе необходимо рассмотреть достоинства и недостатки различных систем привода. В зависимости от используемого энергоносителя привод может быть электрическим, гидравлическим, пневматическим. Кроме системы привода необходимо выбрать двигатель, который будет удовлетворять требованиям, предъявляемым к станку. Для выбранного двигателя необходимо выполнить проверочный расчет. Для предотвращения выхода из строя привода необходимо выбрать защиту привода.
Во втором разделе на основании предыдущей необходимо разработать систему автоматического регулятор главного привода резьбонарезного станка CDM 16"3/4, а также выбран контроллер и датчики технологических координат, с учетом особенностей связанных с рассматриваемых агрегатом.
В данной работе будет разработана архитектура автоматизации разрабатываемой системы, определены уровни архитектура АСУ относящиеся непосредственно к исследуемому приводу.
Для построения САР необходимо сначала построить ее функциональную схему и определить количество контуров регулирования и датчиков технологических координат. Затем необходимо будет разработать контуры регулирования, решить какие регуляторы надо будет использовать для поддержания необходимого техпроцесса.
Затем необходима рассчитать необходимы регуляторы и другие структуры, такие как задатчик интенсивности и тд. Построить структурную схему САР и на ее основании построить математическую модель исследуемого привода, провести расчет и получить графики технологических координат. На основании полученных графиков сделать выводы, о том соответствует ли разработанная САР выдвинутые ранее требования к системе автоматизации.
В третьем разделе необходимо определение экономической эффективности технического решения рассмотренного в данной ВРК.
Группа ЧТПЗ не отстает от этих тенденций. На основе данных полученных при прохождении летней практики для анализа был выбран автоматизированный резьбонарезной станок CDM 16"3/4, нарезающий резьбу на муфтах для соединения обсадных труб. Станок является полностью автоматизированным, со стороны оператора требуется задать режим резанья заготовки.
Автоматизированный станонок позволяет добиться следующих преимуществ:
• увеличение скорости выполнения повторяющихся задач;
• увеличение качества работы;
• повышение точности управления;
• возможность параллельного выполнения задач;
• быстрое принятие решений в типовых ситуациях.
В данной ВКР в качестве мехатронной системы будет рассматриваться привод шпинделя.
В первом разделе необходимо рассмотреть достоинства и недостатки различных систем привода. В зависимости от используемого энергоносителя привод может быть электрическим, гидравлическим, пневматическим. Кроме системы привода необходимо выбрать двигатель, который будет удовлетворять требованиям, предъявляемым к станку. Для выбранного двигателя необходимо выполнить проверочный расчет. Для предотвращения выхода из строя привода необходимо выбрать защиту привода.
Во втором разделе на основании предыдущей необходимо разработать систему автоматического регулятор главного привода резьбонарезного станка CDM 16"3/4, а также выбран контроллер и датчики технологических координат, с учетом особенностей связанных с рассматриваемых агрегатом.
В данной работе будет разработана архитектура автоматизации разрабатываемой системы, определены уровни архитектура АСУ относящиеся непосредственно к исследуемому приводу.
Для построения САР необходимо сначала построить ее функциональную схему и определить количество контуров регулирования и датчиков технологических координат. Затем необходимо будет разработать контуры регулирования, решить какие регуляторы надо будет использовать для поддержания необходимого техпроцесса.
Затем необходима рассчитать необходимы регуляторы и другие структуры, такие как задатчик интенсивности и тд. Построить структурную схему САР и на ее основании построить математическую модель исследуемого привода, провести расчет и получить графики технологических координат. На основании полученных графиков сделать выводы, о том соответствует ли разработанная САР выдвинутые ранее требования к системе автоматизации.
В третьем разделе необходимо определение экономической эффективности технического решения рассмотренного в данной ВРК.
В первом разделе ВКР была рассмотрена система привода шпинделя резьбонарезного станка. Была представлена его кинематическая схема и выдвинуты требования к приводу. Также были рассмотрены преимущества и недостатки 3 систем привода: гидравлической, пневматической и электрической, и как наиболее подходящий был выбран электрический привод.
Были рассчитаны моменты и скорости режимов резанья для самого тяжелого режима работы привода. На основании этих расчетов были построены тахограмма и нагрузочная диаграмма без учета динамического момента. Затем был произведен выбор двигателя рассчитаны динамические моменты и построена нагрузочная диаграмма с динамических моментов. Затем был произведен тепловой расчет, на основании которого был окончательно выбран двигатель.
Из различных типов электродвигателей был выбран асинхронный двигатель с системой управления ПЧ-АД. Был выбран частотный преобразователь электрически совместимый с двигателем. Преобразователь состоит из 3 различных модулей. Упрощённая принципиальная электрическая схема представлена на рисунке 1.6.
Во втором разделе ВКР была разработана система автоматического регулирования и выбраны контроллеры и датчики технологических координат для главного привода резьбонарезного станка CDM 16"3/4.
В качестве системы управления была выбрана система ЧПУ SINUMERIK 840d с модулем управления NCU 710.3b pn, который может регулировать 8 осей/шпинделей, что является обязательным требованием к системе автоматизации. Данная система была разработана специально для управления такими агрегатами, как токарный или резьбонарезной станок. И включает в себя все необходимые средства визуализации и программного обеспечения, для быстрой и удобной настройки и эксплуатации станка.
В качестве датчика технологической координаты был выбран инкрементальный энкодер ic22dq интегрированный в выбранный в предыдущей курсовой работе двигатель 1PH8284-1DD10-2FX1.
В среде моделирования Simulink построена математическая модель рассматриваемого привода. Был выбран и рассчитан пропорционально- интегрирующий регулятор скорости (ПИ-РС), рассмотрено влияние упругости, имеющейся в механической части привода на переходные процессы, выяснилось, что при данных параметрах механической части электропривода влияние упругости на колебательность и перерегулирования в системе крайне не значительна. Для наглядности были построены графики с учетом и без учета колебательности в механической части системы. Кроме того был смоделирован режим работы двигателя при работе на скоростях больше номинальных.
Была произведена оценка, соответствуют ли полученные переходные процессы требования, выдвинутым с системе автоматизации. Отдельно были проанализированы переходные процесс, момента двигателя и скорости исполнительного механизма возникающие при набрасывании нагрузки на систему. В ходе анализы был сделан вывод, переходные процессы не противоречат предъявляемым к системе автоматического регулирования требованиям.
В третьем разделе ВКР была рассчитана экономическая эффективность реконструкции электропривода шпиндельного патрона резьбонарезного станка.
Замена привода и системы ЧПУ позволяет сократить время внеплановых ремонтов, увеличив время фактической работы станка с 7500 часов до 8016 часов, производственная программа станка увеличилась на 6048 шт в год.
Так же разница затрат на содержание и эксплуатацию оборудования до и после 852763,82 рублей. В результате себестоимость продукции составила 9035 руб.
Капитальные вложения составили 10850427 руб, срок окупаемости проекта 3 года. Проект является выгодным.
Таким образом все задачи поставленной курсовой выполнены, а цели достигнуты.
Были рассчитаны моменты и скорости режимов резанья для самого тяжелого режима работы привода. На основании этих расчетов были построены тахограмма и нагрузочная диаграмма без учета динамического момента. Затем был произведен выбор двигателя рассчитаны динамические моменты и построена нагрузочная диаграмма с динамических моментов. Затем был произведен тепловой расчет, на основании которого был окончательно выбран двигатель.
Из различных типов электродвигателей был выбран асинхронный двигатель с системой управления ПЧ-АД. Был выбран частотный преобразователь электрически совместимый с двигателем. Преобразователь состоит из 3 различных модулей. Упрощённая принципиальная электрическая схема представлена на рисунке 1.6.
Во втором разделе ВКР была разработана система автоматического регулирования и выбраны контроллеры и датчики технологических координат для главного привода резьбонарезного станка CDM 16"3/4.
В качестве системы управления была выбрана система ЧПУ SINUMERIK 840d с модулем управления NCU 710.3b pn, который может регулировать 8 осей/шпинделей, что является обязательным требованием к системе автоматизации. Данная система была разработана специально для управления такими агрегатами, как токарный или резьбонарезной станок. И включает в себя все необходимые средства визуализации и программного обеспечения, для быстрой и удобной настройки и эксплуатации станка.
В качестве датчика технологической координаты был выбран инкрементальный энкодер ic22dq интегрированный в выбранный в предыдущей курсовой работе двигатель 1PH8284-1DD10-2FX1.
В среде моделирования Simulink построена математическая модель рассматриваемого привода. Был выбран и рассчитан пропорционально- интегрирующий регулятор скорости (ПИ-РС), рассмотрено влияние упругости, имеющейся в механической части привода на переходные процессы, выяснилось, что при данных параметрах механической части электропривода влияние упругости на колебательность и перерегулирования в системе крайне не значительна. Для наглядности были построены графики с учетом и без учета колебательности в механической части системы. Кроме того был смоделирован режим работы двигателя при работе на скоростях больше номинальных.
Была произведена оценка, соответствуют ли полученные переходные процессы требования, выдвинутым с системе автоматизации. Отдельно были проанализированы переходные процесс, момента двигателя и скорости исполнительного механизма возникающие при набрасывании нагрузки на систему. В ходе анализы был сделан вывод, переходные процессы не противоречат предъявляемым к системе автоматического регулирования требованиям.
В третьем разделе ВКР была рассчитана экономическая эффективность реконструкции электропривода шпиндельного патрона резьбонарезного станка.
Замена привода и системы ЧПУ позволяет сократить время внеплановых ремонтов, увеличив время фактической работы станка с 7500 часов до 8016 часов, производственная программа станка увеличилась на 6048 шт в год.
Так же разница затрат на содержание и эксплуатацию оборудования до и после 852763,82 рублей. В результате себестоимость продукции составила 9035 руб.
Капитальные вложения составили 10850427 руб, срок окупаемости проекта 3 года. Проект является выгодным.
Таким образом все задачи поставленной курсовой выполнены, а цели достигнуты.