Помощь студентам в учебе
Модернизация электропривода главного движения фрезерного станка 6Н82Г
|
Аннотация
ВВЕДЕНИЕ 5
1 СРАВНЕНИЕ ОТЕЧЕСТВЕННЫХ И ПЕРЕДОВЫХ
ЗАРУБЕЖНЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ ЧАСТОТЫ 7
1.1 Общее сопоставление возможностей преобразователей
частоты 7
1.2 Особенности преобразователей частоты Control Techniques 8
1.3 Особенности преобразователей частоты KEB 10
1.4 Особенности преобразователей частоты HITACHI 13
1.5 Особенности преобразователей частоты LS Industrial Systems 16
1.6 Особенности преобразователей частоты «Эффективные системы»... 17
1.7 Особенности преобразователей частоты ОВЕН 19
Выводы по разделу один 21
2 ОПИСАНИЕ КОНСТРУКЦИИ ГОРИЗОНТАЛЬНО-ФРЕЗЕРНОГО
СТАНКА МОДЕЛИ 6Н82Г 22
2.1 Назначение и область применения 22
2.2 Описание конструкции станка 22
2.3 Основные технические характеристики станка 26
2.4 Электрооборудование станка 28
2.4.1 Общие сведения 28
2.4.2 Работа электросхемы при ручном управлении 29
2.4.3 Работа электросхемы при автоматическом управлении 29
2.4.4 Импульсное включение двигателей 31
2.4.5 Торможение шпинделя 31
2.4.6 Блокировки станка 32
2.5 Обоснование модернизации привода главного движения 32
Выводы по разделу два 33
3 РАСЧЁТ МОЩНОСТИ И ВЫБОР ДВИГАТЕЛЯ 34
3.1 Расчет мощности двигателя 34
3.2 Выбор двигателя 36
3.3 Построение нагрузочной диаграммы электропривода 36
Выводы по разделу три 39
4 ВЫБОР ЭЛЕКТРОПРИВОДА 40
4.1 Формулирование требований к электроприводу 40
4.2 Выбор преобразователя частоты 40
Выводы по разделу четыре 42
5 СТАТИЧЕСКИЙ И ДИНАМИЧЕСКИЙ РАСЧЁТ ПРИВОДА 43
5.1 Статический расчёт привода 43
5.2 Расчёт динамических характеристик привода 49
5.2.1 Расчет параметров элементов структурной схемы силового
канала электропривода 49
5.2.2 Структурная схема линеаризованной непрерывной САУ ЭП 50
5.2.3 Оптимизация контура регулирования тока 52
5.2.4 Оптимизация контура регулирования потокосцепления 53
5.2.5 Оптимизация контура регулирования скорости 55
5.2.6 Построение имитационной модели и моделирование
переходных процессов 56
Выводы по разделу пять 59
6 ЭКОНОМИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ 60
6.1 Общие положения 60
6.2 Оценка годовой производительности станка 60
6.3 Определение капитальных затрат 62
6.4 Определение эксплуатационных расходов 63
6.5 Определение приведенных затрат по вариантам систем
электроприводов и экономического эффекта от использования нового оборудования 64
6.6 Определение экономической эффективности использования
предварительно выбранной системы электропривода 65
Выводы по разделу шесть 66
7 БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ 67
7.1 Социальное значение безопасности жизнедеятельности 67
7.2 Опасные и вредные производственные факторы при фрезеровании
изделий 69
7.3 Разработка технических и организационных мер по уменьшению
влияния опасных и вредных факторов на человека 70
7.3.1 Электробезопасность 70
7.3.2 Меры по уменьшению опасности травмирования от
движущихся частей станка 74
7.3.3 Меры защиты от шумов и вибрации 75
7.4 Пожарная безопасность 76
7.5 Процесс механической обработки металлов как источник
загрязнения окружающей среды 79
Выводы по разделу семь 81
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 82
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 83
ВВЕДЕНИЕ 5
1 СРАВНЕНИЕ ОТЕЧЕСТВЕННЫХ И ПЕРЕДОВЫХ
ЗАРУБЕЖНЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ ЧАСТОТЫ 7
1.1 Общее сопоставление возможностей преобразователей
частоты 7
1.2 Особенности преобразователей частоты Control Techniques 8
1.3 Особенности преобразователей частоты KEB 10
1.4 Особенности преобразователей частоты HITACHI 13
1.5 Особенности преобразователей частоты LS Industrial Systems 16
1.6 Особенности преобразователей частоты «Эффективные системы»... 17
1.7 Особенности преобразователей частоты ОВЕН 19
Выводы по разделу один 21
2 ОПИСАНИЕ КОНСТРУКЦИИ ГОРИЗОНТАЛЬНО-ФРЕЗЕРНОГО
СТАНКА МОДЕЛИ 6Н82Г 22
2.1 Назначение и область применения 22
2.2 Описание конструкции станка 22
2.3 Основные технические характеристики станка 26
2.4 Электрооборудование станка 28
2.4.1 Общие сведения 28
2.4.2 Работа электросхемы при ручном управлении 29
2.4.3 Работа электросхемы при автоматическом управлении 29
2.4.4 Импульсное включение двигателей 31
2.4.5 Торможение шпинделя 31
2.4.6 Блокировки станка 32
2.5 Обоснование модернизации привода главного движения 32
Выводы по разделу два 33
3 РАСЧЁТ МОЩНОСТИ И ВЫБОР ДВИГАТЕЛЯ 34
3.1 Расчет мощности двигателя 34
3.2 Выбор двигателя 36
3.3 Построение нагрузочной диаграммы электропривода 36
Выводы по разделу три 39
4 ВЫБОР ЭЛЕКТРОПРИВОДА 40
4.1 Формулирование требований к электроприводу 40
4.2 Выбор преобразователя частоты 40
Выводы по разделу четыре 42
5 СТАТИЧЕСКИЙ И ДИНАМИЧЕСКИЙ РАСЧЁТ ПРИВОДА 43
5.1 Статический расчёт привода 43
5.2 Расчёт динамических характеристик привода 49
5.2.1 Расчет параметров элементов структурной схемы силового
канала электропривода 49
5.2.2 Структурная схема линеаризованной непрерывной САУ ЭП 50
5.2.3 Оптимизация контура регулирования тока 52
5.2.4 Оптимизация контура регулирования потокосцепления 53
5.2.5 Оптимизация контура регулирования скорости 55
5.2.6 Построение имитационной модели и моделирование
переходных процессов 56
Выводы по разделу пять 59
6 ЭКОНОМИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ 60
6.1 Общие положения 60
6.2 Оценка годовой производительности станка 60
6.3 Определение капитальных затрат 62
6.4 Определение эксплуатационных расходов 63
6.5 Определение приведенных затрат по вариантам систем
электроприводов и экономического эффекта от использования нового оборудования 64
6.6 Определение экономической эффективности использования
предварительно выбранной системы электропривода 65
Выводы по разделу шесть 66
7 БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ 67
7.1 Социальное значение безопасности жизнедеятельности 67
7.2 Опасные и вредные производственные факторы при фрезеровании
изделий 69
7.3 Разработка технических и организационных мер по уменьшению
влияния опасных и вредных факторов на человека 70
7.3.1 Электробезопасность 70
7.3.2 Меры по уменьшению опасности травмирования от
движущихся частей станка 74
7.3.3 Меры защиты от шумов и вибрации 75
7.4 Пожарная безопасность 76
7.5 Процесс механической обработки металлов как источник
загрязнения окружающей среды 79
Выводы по разделу семь 81
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 82
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 83
Объект исследования - привод главного движения фрезерного станка 6Н82Г.
Цель работы - модернизация привода главного движения станка модели 6Н82Г с бесступенчатым изменением частоты вращения шпинделя.
Актуальность темы. Важнейшими условиями увеличения роста промышленной продукции является развитие электрификации, комплексной механизации и автоматизации, внедрение новейшего высокопроизводительного оборудования и передовой технологии, широкая замена и модернизация устаревшего оборудования.
Осуществление этих задач в машиностроительной металлообрабатывающей промышленности связанно в первую очередь с повышением производительности основного технологического оборудования - металлорежущих станков.
Для обеспечения повышения производительности труда в машиностроении большое значение имеет более полное использование действующего парка станков, в первую очередь за счет его модернизации и реконструкции.
Особое значение приобретает модернизация электроприводов, находящихся в эксплуатации, поскольку износ электрооборудования происходит значительно быстрее, чем износ станков. Оно может дать существенный эффект в отношении повышения производительности и облегчения обслуживания станка.
В настоящее время в ПАО «Ашинский метзавод» используются различные типы и модели станков, и в частности горизонтально-фрезерные станки типа 6Н82Г. Данный станок используется в технологическом процессе изготовления различных изделий.
Данный тип станков морально устарел, т.к. электрооборудование было выпущено в 80х годах прошлого столетия. Поэтому на сегодняшний день актуальным вопросом является модернизация привода станка. От данной модернизации ожидается повышения качества металлообработки, увеличение производительности, снижение энергопотребления, снижения затрат на техническое обслуживание и ремонт.
Современные трёхфазные асинхронные двигатели (АД) благодаря своей простоте, низкой стоимости и высокой надёжности получили широкое применение. Они присутствуют практически повсюду, это самый распространённый тип двигателей.
Для управления асинхронным двигателем широко используются преобразователи частоты (ПЧ).
Главными преимуществами частотно-регулируемого электропривода (ЭП) являются: обеспечение плавного пуска и использование короткозамкнутых асинхронных двигателей, что значительно снижает затраты на обслуживание приводов и увеличивает срок службы оборудования. Частотное управление является весьма экономичным, так как обеспечивает регулирование скорости АД без больших потерь мощности в роторной цепи, ухудшающих КПД ЭП и приводящих к необходимости завышения мощности АД.
Частотное регулирование скорости может осуществляться плавно, в широком диапазоне, в обе стороны от естественной характеристики, т.е. АД может иметь скорость как больше, так и меньше номинальной. При этом регулировочные характеристики имеют высокую жесткость, а АД сохраняет большую перегрузочную способность.
Реализуемый диапазон регулирования скорости в разомкнутых системах составляет от 5 до 10, а в замкнутых системах (при использовании обратных связей) его значение может достигать 1000 и более.
В силу отмеченных высоких показателей частотный способ находит в настоящее время все более широкое применение. Более того, можно назвать примеры, когда использование частотно-управляемого асинхронного ЭП является единственно возможным: привод высокоскоростных электрошпинделей, электроверетен, вентиляторов высокоскоростных аэродинамических труб, различных испытательных стендов и др.
Большие перспективы применения ПЧ связаны с использованием в них силовых транзисторов (в частности, биполярных с изолированным затвором в модульном исполнении) и средств микропроцессорной техники для реализации схем управления.
Широкому внедрению частотного ЭП во многом способствует выпуск промышленностью статических ПЧ самого разнообразного исполнения.
Цель работы - модернизация привода главного движения станка модели 6Н82Г с бесступенчатым изменением частоты вращения шпинделя.
Актуальность темы. Важнейшими условиями увеличения роста промышленной продукции является развитие электрификации, комплексной механизации и автоматизации, внедрение новейшего высокопроизводительного оборудования и передовой технологии, широкая замена и модернизация устаревшего оборудования.
Осуществление этих задач в машиностроительной металлообрабатывающей промышленности связанно в первую очередь с повышением производительности основного технологического оборудования - металлорежущих станков.
Для обеспечения повышения производительности труда в машиностроении большое значение имеет более полное использование действующего парка станков, в первую очередь за счет его модернизации и реконструкции.
Особое значение приобретает модернизация электроприводов, находящихся в эксплуатации, поскольку износ электрооборудования происходит значительно быстрее, чем износ станков. Оно может дать существенный эффект в отношении повышения производительности и облегчения обслуживания станка.
В настоящее время в ПАО «Ашинский метзавод» используются различные типы и модели станков, и в частности горизонтально-фрезерные станки типа 6Н82Г. Данный станок используется в технологическом процессе изготовления различных изделий.
Данный тип станков морально устарел, т.к. электрооборудование было выпущено в 80х годах прошлого столетия. Поэтому на сегодняшний день актуальным вопросом является модернизация привода станка. От данной модернизации ожидается повышения качества металлообработки, увеличение производительности, снижение энергопотребления, снижения затрат на техническое обслуживание и ремонт.
Современные трёхфазные асинхронные двигатели (АД) благодаря своей простоте, низкой стоимости и высокой надёжности получили широкое применение. Они присутствуют практически повсюду, это самый распространённый тип двигателей.
Для управления асинхронным двигателем широко используются преобразователи частоты (ПЧ).
Главными преимуществами частотно-регулируемого электропривода (ЭП) являются: обеспечение плавного пуска и использование короткозамкнутых асинхронных двигателей, что значительно снижает затраты на обслуживание приводов и увеличивает срок службы оборудования. Частотное управление является весьма экономичным, так как обеспечивает регулирование скорости АД без больших потерь мощности в роторной цепи, ухудшающих КПД ЭП и приводящих к необходимости завышения мощности АД.
Частотное регулирование скорости может осуществляться плавно, в широком диапазоне, в обе стороны от естественной характеристики, т.е. АД может иметь скорость как больше, так и меньше номинальной. При этом регулировочные характеристики имеют высокую жесткость, а АД сохраняет большую перегрузочную способность.
Реализуемый диапазон регулирования скорости в разомкнутых системах составляет от 5 до 10, а в замкнутых системах (при использовании обратных связей) его значение может достигать 1000 и более.
В силу отмеченных высоких показателей частотный способ находит в настоящее время все более широкое применение. Более того, можно назвать примеры, когда использование частотно-управляемого асинхронного ЭП является единственно возможным: привод высокоскоростных электрошпинделей, электроверетен, вентиляторов высокоскоростных аэродинамических труб, различных испытательных стендов и др.
Большие перспективы применения ПЧ связаны с использованием в них силовых транзисторов (в частности, биполярных с изолированным затвором в модульном исполнении) и средств микропроцессорной техники для реализации схем управления.
Широкому внедрению частотного ЭП во многом способствует выпуск промышленностью статических ПЧ самого разнообразного исполнения.
В ходе выполнения ВКР была изучена и описана конструкция и принцип действия горизонтально-фрезерного станка 6Н82Г. Внешний вид станка показан на чертеже 13.03.02.2020.054.01.00 ГЧ. Были описаны узлы и блоки, входящие в состав станка. Для повышения надёжности и производительности и увеличении срок службы оборудования было принято решение о модернизации привода с бесступенчатым изменением частоты вращения шпинделя.
В третьем разделе были определены статические нагрузки на валу двигателя с использованием паспортных данных станка и кинематической схемы (см. схему 13.03.02.2020.054.02.00 К3), на основании которых была подобрана требуемая мощность двигателя. Исходя из требуемой мощности и скорости вращения, был выбран асинхронный двигатель серии АДЧР.
Опираясь на описание станка и тип выбранного двигателя, были сформулированы требования, предъявляемые к приводу подач станка. После чего был произведен поиск современных приводов с использованием сети Internet. Исходя из результатов поиска, был проведён сравнительный анализ частотно-регулируемых приводов как отечественного, так и зарубежного производства. Анализируя полученные данные, для модернизации главного привода был выбран преобразователь частоты ОВЕН203. Данный выбор объясняется тем, что этот преобразователь соответствует предъявляемым требованиям, обладает относительно простой конструкцией, прост в обслуживании и ремонте.
Для проверки правильности выбора двигателя и привода были рассчитаны статические и динамические характеристики системы. Анализируя вид статических характеристик видно, что привод подач способен обеспечивать требуемые статические моменты, а также обладает небольшим запасом по перегрузке. Вид статических характеристик и переходных процессов показан на плакате 13.03.02.2020.054.06.00.
Было проведено экономическое обоснование проекта, были рассчитаны затраты на модернизацию станка и ожидаемый экономический эффект от модернизации. По результатам этого расчёта был определён срок окупаемости модернизации, который составил 5,5 лет.
Также в ВКР были рассмотрены вопросы безопасности жизнедеятельности, требования охраны труда при работе с фрезерным станком и предложены меры по уменьшению влияния опасных и вредных факторов на человека. Кроме того, были рассмотрены вопросы защиты окружающей среды при механической обработке деталей и пожарная безопасность.
В третьем разделе были определены статические нагрузки на валу двигателя с использованием паспортных данных станка и кинематической схемы (см. схему 13.03.02.2020.054.02.00 К3), на основании которых была подобрана требуемая мощность двигателя. Исходя из требуемой мощности и скорости вращения, был выбран асинхронный двигатель серии АДЧР.
Опираясь на описание станка и тип выбранного двигателя, были сформулированы требования, предъявляемые к приводу подач станка. После чего был произведен поиск современных приводов с использованием сети Internet. Исходя из результатов поиска, был проведён сравнительный анализ частотно-регулируемых приводов как отечественного, так и зарубежного производства. Анализируя полученные данные, для модернизации главного привода был выбран преобразователь частоты ОВЕН203. Данный выбор объясняется тем, что этот преобразователь соответствует предъявляемым требованиям, обладает относительно простой конструкцией, прост в обслуживании и ремонте.
Для проверки правильности выбора двигателя и привода были рассчитаны статические и динамические характеристики системы. Анализируя вид статических характеристик видно, что привод подач способен обеспечивать требуемые статические моменты, а также обладает небольшим запасом по перегрузке. Вид статических характеристик и переходных процессов показан на плакате 13.03.02.2020.054.06.00.
Было проведено экономическое обоснование проекта, были рассчитаны затраты на модернизацию станка и ожидаемый экономический эффект от модернизации. По результатам этого расчёта был определён срок окупаемости модернизации, который составил 5,5 лет.
Также в ВКР были рассмотрены вопросы безопасности жизнедеятельности, требования охраны труда при работе с фрезерным станком и предложены меры по уменьшению влияния опасных и вредных факторов на человека. Кроме того, были рассмотрены вопросы защиты окружающей среды при механической обработке деталей и пожарная безопасность.
