Электрооборудование специального вертикально–хонинговального станка

Размещено на http://www.allbest.ru

3

Размещено на http://www.allbest.ru

электрооборудование специального вертикально-хонинговального станка

Введение

Электроэнергия в современном обществе играет весьма существенную роль. В настоящее время невозможно представить какую - либо отрасль общественного производства, где не использовалась бы электрическая энергия. Без электрификации в современном обществе немыслимы промышленность, сельское хозяйство, медицина, быт и другие отрасли человеческой деятельности.

Огромное значение электрической энергии в жизни современного общества объясняется целым рядом ее преимуществ перед другими видами энергии. Главное преимущество электрической энергии - в ее универсальности. Она сравнительно легко преобразуется в другие виды энергии: механическую, тепловую, лучистую, химическую и наоборот. Кроме того, ее можно передавать на огромные расстояния при сравнительно небольших потерях.

Большая часть электроэнергии потребляется промышленными предприятиями. В процессе производства электрическая энергия преобразуется в механическую, световую, тепловую или другую, с помощью которой производится воздействие на обрабатываемую деталь. Для преобразования электрической энергии в другие виды используется разнообразное оборудование и станки - стандартные и специальные устройства для обработки исходного сырья с целью получения какой - либо продукции. Металлорежущие станки, в том числе станки шлифовальной группы, делят на универсальные, специализированные и специальные.

Отечественная станкостроительная промышленность изготовляет металлорежущие станки пяти классов точности; Н - нормальной, П - повышенной, В - высокой, А - особо высокой, С - особо точной.

Набольшее применение в промышленности нашли шлифовальные станки повышенной и нормальной точности. Соотношение между показателями точности при переходе от одного класса к другому для большинства станков принято по геометрическому ряду со знаменателем 1,6. Например, допускается осевое биение шпиндельной бабки круглошлифовальных станков 4.0, 2.5, 1.6, 1.0 мкм для классов точности соответственно П, В, А, С. Высокую точность станков обеспечивают изготовлением основных деталей с высокой степенью точности, а также резким уменьшением тепловых деформаций станка путем выноса из станка части гидропривода, системы смазывания и охлаждения, резкого сокращения его вибраций путем динамической балансировки электродвигателя, планшайб, шкивов, а так же конструктивным изменениям отдельных элементов станка.

В представленном дипломном проекте представлено электрооборудование специального вертикально-хонинговального станка.

Применение специальных станков позволяет существенно повысить производительность производства, снизить себестоимость продукции и повысить ее качество. Специальные станки целесообразно применять в основном только для выпуска массовой продукции.

1. Общая часть

1.1. Назначение и технические характеристики устройства

Специальный станок вертикально-хонинговальный предназначен для хонингования отверстий диаметром 90 мм в детали № 219 - 32 - Сб243СБ - корпус.

Хонингование производится с помощью инструмента, представляющую собой плавающую хонголовку, оснащенную абразивными брусками и системой толкателей, которые сопрягаются с системой толкателей цилиндра разжима брусков. Для замера параметров обрабатываемой детали инструмент оснащен системой активного контроля типа «падающей» пробки - калибр. При достижении заданного размера пробка - калибр проваливается и подается команда на окончание цикла обработки. После этого инструмент выводится в исходное положение.

Рассмотрим основные операции, производимые вертикально - хонинговальным станком:

При пуске включается гидронасос, обеспечивающий рабочее давление масла в гидросистеме станка, которая обеспечивает требуемый прижим абразивных брусков к обрабатываемой поверхности.

При полуавтоматической обработке на высоком давлении шпиндель перемещается вверх, где выключает электромагнит отвода вверх, перемещается вниз, переходит в возвратно - поступательное движение, в нижней точке включается вращение шпинделя, одновременно включается электромагнит высокого давления, абразивные бруски разжимаются и при движении шпинделя вверх происходит обработка поверхности отверстия.

При полуавтоматической обработке на высоком - низком давлении обработка происходит заданное время на высоком давлении - шпиндель перемещается вверх, где выключает электромагнит отвода вверх, перемещается вниз, переходит в возвратно - поступательное движение, в нижней точке включается вращение шпинделя, одновременно включается электромагнит низкого давления, абразивные бруски разжимаются и при движении шпинделя вверх происходит обработка поверхности отверстия в течении заданного времени, далее таймер отключает электромагнит высокого давления и включает электромагнит низкого давления, происходит обработка детали низким давлением до достижения числа двойных ходов на счетчике РС.

При полуавтоматической обработке на низком - высоком давлении обработка происходит заданное время на высоком давлении - шпиндель перемещается вверх, где выключает электромагнит отвода вверх, перемещается вниз, переходит в возвратно - поступательное движение, в нижней точке включается вращение шпинделя, одновременно включается электромагнит высокого давления, абразивные бруски разжимаются и при движении шпинделя вверх происходит обработка поверхности отверстия в течении заданного времени, далее таймер отключает электромагнит низкого давления и включает электромагнит высокого давления, происходит обработка детали высоким давлением до достижения числа двойных ходов на счетчике РС.

При полуавтоматической обработке на низком - высоком - низком давлении обработка происходит на низком давлении в течении числа двойных ходов на счетчике РС, далее обработка происходит в соответствии с режимом обработки на высоком - низком давлении.

Основные технические характеристики представлены в таб. 1.

Таблица 1. Основные технические данные и характеристики станка.

Класс точности станка	Н
Частота вращения шпинделя, об / мин	100
Наибольшее перемещение шпинделя, мм	500
Давление в системе разжима брусков, кгс/мм2
высокое	8
пониженное	6
Скорость возвратно - поступательного движения, м/мин	10
Масса станка, кг	3916
Температура для нормальной работы, оС	+5 … +20

1.2 Кинематическая схема, назначение приводов

Рис. 1. Кинематическая схема вертикально - хонинговального станка.

Привод вращения шпинделя является главным приводом станка, с помощью него приводится во вращение шпиндель, на котором укреплена хонголовка, выполняющая хонингование детали.

Привод насоса гидравлики обеспечивает рабочее давление масла в гидросистеме.

Привод централизованной смазки обеспечивает рабочее давление масла в смазочной системе, смазку всех трущихся деталей механизма.

1.3 Циклограмма, режимы работы приводов

Рассмотрим работу всех приводов для различных режимов работы. Для режима наладки циклограмму строить бессмысленно, поскольку все движения выполняются вручную оператором или наладчиком.

Рассмотрим циклограмму работы станка для режима работы на высоком давлении.

Привода насоса гидростанции и привод насоса смазки работают в продолжительном режиме.

Режимы работы для этих двух приводов продолжительные, привода включаются в работу при включении станка и выключаются перед его отключением.

Для определения циклограммы привода вращения шпинделя рассчитаем время этапов одного максимально возможного рабочего прохода хонголовки:

t_опуск = l / v = 500 * 10^-3 / 10 * 60 = 3 c, где

l - наибольшее перемещение шпинделя,

v - скорость возвратно - поступательного движения шпинделя.

Аналогично время подъема головки:

t_под = l / v = 500 * 10^-3 / 10 * 60 = 3 c, где

l - наибольшее перемещение шпинделя,

v - скорость возвратно - поступательного движения шпинделя.

При опускании шпиндель не вращается, двигатель отключен от сети автоматикой, поэтому потребляемая мощность двигателя главного привода составляет при опускании Р_опуск = 0 кВт.

Мощность хонингования при движении шпинделя вверх составит:

Р_х = С_Р · V_з^r · t^x · s^y · d^q, где

V_з - скорость движения шпинделя,

С_Р , r, x, y, q - коэффициент и показатели шлифования,

t - глубина шлифования, мм,

s - подача на один оборот детали или в долях ширины круга на двойной ход стола,

d - диаметр шлифования, мм.

Принимаем материал обрабатываемой детали - серый чугун, тогда

С_Р = 67; r = 0,75; x = 0,4; y = 0; q = 0,25.

Р_х = 67 · 0,47^0,75 · 0,15^0,4 · 0,025⁰ · 90^0,25 = 54,8 кВт.

Циклограмма работы главного привода представлена на рис. 2.

Размещено на http://www.allbest.ru

3

Размещено на http://www.allbest.ru

Рис. 2. Циклограмма работы главного привода станка.

Двигатель главного привода станка работает в повторно - кратковременном режиме.

2. Специальная часть

2.1 Расчет мощности электродвигателей

Мощность двигателей насосов найдем из условий требуемого давления в системе и производительности:

где Р_ДвГид - мощность двигателя привода насоса гидростанции;

K_З - коэффициент запаса, принимаем 1,3;

Q - производительность гидростанции;

Н - давление в системе,

з_н - КПД насоса, для центробежного насоса,

з_п - КПД механической передачи.

где Р_{ДвГСмаз} - мощность двигателя привода насоса смазки;

K_З - коэффициент запаса, принимаем 1,3;

Q - производительность гидростанции;

Н - давление в системе,

з_н - КПД насоса, для центробежного насоса,

з_п - КПД механической передачи.

Мощность хонингования при движении шпинделя вверх составит:

Р_х = С_Р · V_з^r · t^x · s^y · d^q,

где

V_з - скорость движения шпинделя,

С_Р , r, x, y, q - коэффициент и показатели шлифования,

t - глубина шлифования, мм,

s - подача на один оборот детали или в долях ширины круга на двойной ход стола,

d - диаметр шлифования, мм.

Принимаем материал обрабатываемой детали - серый чугун, тогда

С_Р = 67; r = 0,75; x = 0,4; y = 0; q = 0,25.

Р_х = 67 · 0,47^0,75 · 0,15^0,4 · 0,025⁰ · 90^0,25 = 34,8 кВт.

По циклограмме (Рис. 2) определим эквивалентную мощность электродвигателя:

2.2 Основные требования к системе электропривода

Требования к приводу гидрстанции станка:

Диапазон и плавность регулирования скорости - нерегулируемый двигатель.

Характер нагрузки привода - продолжительный, нагрузка постоянная.

Частота включения привода - редкое (несколько раз в день)

Соотношение машинного и вспомогательного времени - 1 : 0,

Энергетические показатели привода: КПД и коэффициент мощности - высокий КПД и коэффициент мощности, поскольку привод работает в продолжительном режиме все время работы станка.

Надежность привода, простота обслуживания и наладки. Данный привод должен быть надежен, поскольку без него станок неработоспособен. Должен быть прост в обслуживании и наладке.

Система управления должна быть безопасна и проста в управлении, органы управления должны находиться в легкодоступных местах.

Поскольку операция включения привода гидростанции производится в среднем один раз в смену, то время на операцию управления для данного привода несущественно.

Точность системы управления привода гидростанции регламентируется достаточностью производительности насоса, то есть привод должен перекрывать потребность станка в потреблении масла под давлением 6 и 8 кгс/см².

Требования к приводу смазочного механизма:

Диапазон и плавность регулирования скорости - нерегулируемый двигатель.

Характер нагрузки привода - продолжительный, нагрузка постоянная.

Частота включения привода - редкое (несколько раз в день)

Соотношение машинного и вспомогательного времени - 1 : 0,

Энергетические показатели привода: КПД и коэффициент мощности - высокий КПД и коэффициент мощности, поскольку привод работает в продолжительном режиме все время работы станка.

Надежность привода, простота обслуживания и наладки. Данный привод должен быть надежен, поскольку без него станок неработоспособен. Должен быть прост в обслуживании и наладке.

Система управления должна быть безопасна и проста в управлении, органы управления должны находиться в легкодоступных местах.

Поскольку операция включения привода смазочного механизма производится в среднем один раз в смену, то время на операцию управления для данного привода несущественно.

Точность системы управления привода смазочного механизма регламентируется достаточностью производительности насоса, то есть привод должен перекрывать потребность станка в потреблении масла для смазки всех механизмов.

Требования к главному приводу вертикально - хонинговального станка:

Диапазон и плавность регулирования скорости - нерегулируемый двигатель.

Характер нагрузки привода - повторно - кратковременный, нагрузка переменная, возможны небольшие рывки и неровности хода.

Частота включения привода - частое (десятки раз в минуту)

Соотношение машинного и вспомогательного времени - 1 : 5,

Энергетические показатели привода: КПД и коэффициент мощности - невысокий КПД и коэффициент мощности, поскольку привод работает в повторно - кратковременном режиме все время работы станка.

Надежность привода, простота обслуживания и наладки. Данный привод должен быть надежен, поскольку без него станок неработоспособен. Должен быть прост в обслуживании и наладке.

Система управления должна быть безопасна и проста в управлении, органы управления должны находиться в легкодоступных местах.

Поскольку операция включения главного привода станка производится весьма часто, то время на операцию управления для данного привода должно быть сведено для минимума.

Точность системы управления привода вращения шпинделя станка должна быть достаточна для поддержания постоянства момента резания.

2.3 Выбор типа электропривода и типа рассчитанных двигателей

Для приводов гидростанции и смазочного механизма принимаем асинхронные двигатели с КЗ - ротором.

Для привода гидростанции принимаем асинхронный двигатель с КЗ ротором 4А100L2Y3.

Номинальная мощность - Р_н = 5,5 кВт.

Синхронная частота вращения - n_o = 3000 об/мин.

Номинальное скольжение - S_o = 4%.

Номинальный КПД - з_н = 87,5%.

Номинальный коэффициент мощности - соs ц_н = 0,91.

Кратность максимального момента М_макс/М_н = 2,2.

Кратность пускового момента М_п/М_н = 2.

Кратность минимального момента М_мин/М_н = 1,2.

Кратность пускового тока I_п/I_н = 7,5.

Для привода смазочного механизма принимаем асинхронный двигатель с КЗ ротором 4А63В2Y3.

Номинальная мощность - Р_н = 0,55 кВт.

Синхронная частота вращения - n_o = 3000 об/мин.

Номинальное скольжение - S_o = 8,5%.

Номинальный КПД - з_н = 73%.

Номинальный коэффициент мощности - соs ц_н = 0,86.

Кратность максимального момента М_макс/М_н = 2,2.

Кратность пускового момента М_п/М_н = 2.

Кратность минимального момента М_мин/М_н = 1,2.

Кратность пускового тока I_п/I_н = 5.

Для главного привода вертикально-хонинговального станка принимаем асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором серии 4А, АИР, RA.

Для привода шпинделя принимаем асинхронный двигатель с КЗ ротором типа 4А200L6Y3.

Номинальная мощность - Р_н = 13 кВт.

Синхронная частота вращения - n_o = 1000 об/мин.

Номинальное скольжение - S_o = 2,3%.

Номинальный КПД - з_н = 90,5%.

Номинальный коэффициент мощности - соs ц_н = 0,9.

Кратность максимального момента М_макс/М_н = 2.

Кратность пускового момента М_п/М_н = 1,2.

Кратность минимального момента М_мин/М_н = 1.

Кратность пускового тока I_п/I_н = 6,5.

Для питания станка принимаем переменный трехфазный ток напряжением 380 В.

Для питания аппаратуры управления, освещения сигнализации используем переменный ток напряжением 380 В (для трехфазных приемников) и напряжением 220 В (для двухфазных приемников).

2.4 Проверка выбранных двигателей, расчет механических характеристик

Для привода шпинделя:

Номинальная частота вращения и номинальная скорость:

n_н = n_o ? ( 1 - S_o) = 1000 · ( 1 - 0,023) = 977 об/мин,

щ_н = р ? n_н / 30 = 3,14 ? 977 / 30 = 102,3 рад/с,

Номинальный и максимальный моменты двигателя

М_н = Р_н / щ_н ? 10³ = 30 / 102,3 ? 10³ = 293,5 Н ? м,

М_макс = М_н ? К₁ = 293,5 ? 2 = 586,5 Н ? м.

Значение пускового момента

М_п = М_н ? К₂ = 293,5 ? 1,2 = 352,5 Н ? м.

Критическое скольжение

S_кр = S_н ? (К₁ + vК₁² - 1 ) = 2,3 * (2+v2² - 1) = 8,6%.

Уравнение механической характеристики имеет вид:

Угловая скорость составит:

щ = щ_o ? (1 - S ), где

щ_o = р ? n_о / 30 = 3,14 ? 1000 / 30 = 104,72 рад/с - скорость идеального холостого хода.

Для привода насоса гидростанции:

Номинальная частота вращения и номинальная скорость:

n_н = n_o ? ( 1 - S_o) = 3000 · ( 1 - 0,04) = 2880 об/мин,

щ_н = р ? n_н / 30 = 3,14 ? 2880 / 30 = 301,6 рад/с,

Номинальный и максимальный моменты двигателя

М_н = Р_н / щ_н ? 10³ = 5,5 / 301,6 ? 10³ = 18,24 Н ? м,

М_макс = М_н ? К₁ = 18,24 ? 2,2 = 40 Н ? м.

Значение пускового момента

М_п = М_н ? К₂ = 18,24 ? 2 = 36,5 Н ? м.

Критическое скольжение

S_кр = S_н ? (К₁ + vК₁² - 1 ) = 4 * (2,2+v2,2² - 1) = 16,6%.

Угловая скорость составит:

щ = щ_o ? (1 - S ), где

щ_o = р ? n_о / 30 = 3,14 ? 3000 / 30 = 314 рад/с - скорость идеального холостого хода.

Для привода насоса станции смазки:

Номинальная частота вращения и номинальная скорость:

n_н = n_o ? ( 1 - S_o) = 3000 · ( 1 - 0,085) = 2745 об/мин,

щ_н = р ? n_н / 30 = 3,14 ? 2745 / 30 = 287,5 рад/с,

Номинальный и максимальный моменты двигателя

М_н = Р_н / щ_н ? 10³ = 0,55 / 287,5 ? 10³ = 1,91 Н ? м,

М_макс = М_н ? К₁ = 18,24 ? 2,2 = 4,2 Н ? м.

Значение пускового момента

М_п = М_н ? К₂ = 1,91 ? 2 = 3,82 Н ? м.

Критическое скольжение

S_кр = S_н ? (К₁ + vК₁² - 1 ) = 4 * (2,2+v2,2² - 1) = 16,6%.

Угловая скорость составит:

щ = щ_o ? (1 - S ), где

щ_o = р ? n_о / 30 = 3,14 ? 3000 / 30 = 314 рад/с - скорость идеального холостого хода.

График механических характеристик электродвигателей станка представлен на рис. 3. - 5.

Рис. 3 График механической характеристики главного привода станка.



Рис. 4 График механической характеристики привода насоса станции смазки.

Рис. 5 График механической характеристики привода насоса гидростанции.

2.5 Выбор проводов и питающих кабелей

Ток, протекающий по кабелю, питающему станок в целом, составит:

Для питания станка принимаем провода с алюминиевыми жилами, проложенными в трубе. Число жил в трубе - четыре. Определяем сечения проводов типа АПВ: S = 25 мм².

Для двигателей провода выбираем по расчетному длительному току электродвигателя:

Для двигателя привода шпинделя ток составит:

Выбираем четырехпроводный кабель АПВ, проложенный в трубах, сечением S = 16 мм².

Для двигателя привода гидростанции ток составит:

Выбираем четырехпроводный кабель АПВ, проложенный в трубах, сечением S = 2,5 мм².

Для двигателя привода смазочной станции ток составит:



Выбираем четырехпроводный кабель АПВ, проложенный в трубах, сечением S = 2,5 мм².

2.6 Выбор преобразователей, аппаратов защиты и элементов схемы управления

В качестве защитной аппаратуры применяется автоматический воздушный выключатель, тепловое реле - от перегрузки.

Номинальный ток комбинированного расцепителя автоматического выключателя составит:

I_эл >= 1,25 I_дл = 1,25 * 68 = 85 А,

Ток срабатывания комбинированного расцепителя автоматического выключателя составит:

I_{ср эл} >= I_п = 1,2 * 56 + 15 = 82 А.

Выбираем автоматический выключатель АЕ2056.

Номинальный ток нагревательного элемента теплового реле составит:

I_Т >= 1,15 I_дл = 1,15 * 67,5 = 77,6 А

Параметры автоматического выключателя:

I_н = 100 А, I_расц = 80 А, I_Т = 80 А.

Параметры плавких вставок.

Для магистрали, питающей вертикально - хонинговальный станок, максимальный кратковременный ток составит:

I_кр = I_п + I_н,

где

I_п - пусковой ток наиболее мощного двигателя,

I_п = 6,5 * I_н = 6,5 *56 = 364 А,

I_н - длительный номинальный ток линии, определяемый без рабочего тока наиболее мощного двигателя,

I_н = 10,26 + 1,3 = 11,5 А.

максимальный кратковременный ток

I_кр = 364 + 11,5 = 375,5 А.

Для предохранителя питания станка в целом выбираем предохранитель с плавкой вставкой номнальным током I_{н вст} = 430 А.

Для предохранителя, защищающего двигатель главного привода станка, выбираем предохранитель с плавкой вставкой номинальным током I_{н вст} = 430 А.

Для предохранителя, защищающего двигатель гидростанции, выбираем предохранитель с плавкой вставкой номинальным током I_{н вст} = 100 А.

Для предохранителя, защищающего двигатель насоса смазочного механизма, выбираем предохранитель с плавкой вставкой номинальным током I_{н вст} = 10 А.

Выбор реле максимального тока.

Ток срабатывания реле максимального тока

Выбор пускателя.

Пускатель выбираем по номинальному току:

I_п >= I_н

Тип - ПМЛ5212.

2.7 Разработка и описание схемы управления, назначение элементов схемы управления

Электросхема станка предусматривает работу в различных режимах в зависимости от переключателя SA1:

Наладочный;

Полуавтоматический на высоком давлении;

На высоком - низком давлении;

На низком - высоком давлении;

На низком - высоком - низком давлении.

Наладочный режим работы станка.

Вводным выключателем QF подключается станок к питающей сети, при этом загорается лампа HL1 «сеть» на пульте станка.

Нажатием на кнопку SB2 включается пускатель КМ1, который подает питание на двигатель гидронасоса.

Установкой переключателя SA1 определяется наладочный режим с символом «Наладка».

Нажатием на кнопку SB3 осуществляется толчковое перемещение шпинделя, включаются электромагниты YA1, шпиндель толчком перемещается вверх, освобождая фиксатор. При выводе фиксатора срабатывает микропереключатель SQ4, который контактами включает электромагнит отвода вверх YA2 - шпиндель перемещается вниз, при достижении нижнего положения переходит в возвратно - поступательное движение.

В любой точке движения шпиндель можно остановить нажатием кнопки SB3.

Возврат шпинделя в исходное состояние осуществляется нажатием кнопки SB4. При этом включается реле КА4 и реле КА1, включаются электромагнит YA1 - шпиндель перемещается вверх. Достигая исходного положения, шпиндель нажимает датчик SQ2, включая реле КА6, которое отключает реле КА1 и электромагнит YA1.

Нажатием на кнопку SB5 включается пускатель KM2 и реле KT3, осуществляется включение двигателя вращения шпинделя. При отпускании кнопки вращение прекращается.

Разжим хон осуществляется нажатием на кнопку SB6, происходит включение электромагнита YA4 высокого давления.

Полуавтоматический режим.

При полуавтоматическом режиме необходимо задаться количеством двойных ходов на счетно - импульсном реле РС.

Цикл станка осуществляется нажатием на кнопку SB3, далее автоматика срабатывает следующим образом:

Включается электромагнит панели YA1, шпиндель перемещается вверх, освобождая фиксатор, срабатывая микропереключатель SQ4, контролирующий блокировку двигателя, шпиндель движется вниз, где переходит в возвратно-поступательное движение.

2.8 Возможные неисправности в работе схемы управления и мероприятия по их устранению

Возможные неисправности в работе схемы управления и мероприятия по их устранению представлены в таб. 2.1.

Таб. 2.1 Возможные неисправности и методы их устранения.

Проявления неисправности	Возможная причина	Метод устранения	Примечание
При включении питания не горит лампа «сеть»	Перегорел предохранитель в цепи питания	Заменить предохранитель
-«-	Нет контакта в выключателе QF	Заменить выключатель, проверить контакты
В наладочном режиме не включается гидронасос	неисправен пускатель КМ1	Заменить пускатель
В наладочном режиме не включается гидронасос	Плохой контакт в пускателе.	Прочистить контакты пускателя

3. Модернизация электропривода

3.1 Анализ существующей системы электропривода

Существующая система электропривода вращения шпинделя имеет целый ряд существенных недостатков.

Основным недостатком данной системы электропривода является малый пусковой момент двигателя, что сказывается на работе электродвигателя в повторно - кратковременном режиме, при частых и тяжелых пусках. Кроме того, при пуске асинхронный двигатель развивает гораздо меньший момент, чем аналогичного типоразмера двигатель постоянного тока. Асинхронный привод имеет больше потерь при пуске, при прочих равных условиях больше нагревается, что ведет к увеличению установленной мощности.

Преимуществом асинхронного привода является его дешевизна и простота эксплуатации и ремонта.

3.2 Модернизация силовой части

Модернизацией силовой части будет являться замена асинхронного двигателя на двигатель постоянного тока с системой управления, ориентированной на регулировку и поддержание заданного момента.

Для расчета принят двигатель постоянного тока независимого возбуждения типа ДП-31. (Таб.)

Таблица 3.1

Номинальная мощность Рн кВт	12
Номинальное напряжение Uн В	220
Номинальный ток Iн А		64
Частота вращения nн об/мин	1410
Момент инерции якоря Jдв кг*м2	0,3
Число пар полюсов pп		2
Сопротивление якорной цепи при 20?С Rя20 Ом	0,194
Сопротивление обмотки возбуждения при 20?С Rв20 Ом	107
Число витков обмотки возбуждения на полюс Wв	1700
Номинальный ток возбуждения Iвн А	1,42
Номинальное напряжение возбуждения Uвн В	220
Магнитный поток на полюс Ф мВб	8,8
Продолжительность включения ПВ%	100

На основе исходных данных определяются параметры двигателя.

Сопротивление якорной цепи при 75?С

R_я75 =1,22*R_я20 =1,22*0,194 =0,237 ОМ

Сопротивление обмотки возбуждения при 75?С

R_в75 =1,22*R_в20 =1,22*107 =130,5 Ом

Индуктивность якорной цепи

L_я =к =0,6 =0,00698 Гн =6,98 мГн

Номинальная частота вращения

щ_н = = =148 с^-1

Коэффициент передачи двигателя

К_д = = =0,72

Номинальный момент двигателя

М_н =I_н/К_д =64/0,72 =88,8 Н*м

Максимальный момент

М_max =2,5*М_н =2,5*88,8 =222 Н*м

Максимальный ток якоря

I_max =M_max*К_д =177,6*0,72 =160 А

Скорость холостого хода

щ₀ =U_н*к_д =220*0,72 =158,6 с^-1

Таблица 3.2

Rя75 Ом	Rв75 Ом	Lя мГн	щн с-1	кд	Мн Нм	Мmax Нм	Imax A	щ0 с-1
0,237	130,5	6,98	148	0,72	88,8	222	160	158,6

По полученным данным строим характеристики электропривода (Рис. 6)

3.3 Модернизация схемы управления

Тиристорный преобразователь выбирается из условия I_dн>I_н , U_dн>U_н.

Выбираем преобразователь типа КТЭУ-100/220 [2]

С номинальными параметрами I_н =100 А, U_н =220 В для однодвигательного привода, реверсивный, с изменением полярности напряжения на якоре, с двухзонной системой регулирования.

Преобразователь допускает перегрузку в течении времени:

% перегрузки	Время,с
75%	60
100%	15
125%	10

Считая, что двигатель работает с перегрузкой только в режиме пуска, определим из уравнения движения время пуска, приняв, что пуск осуществляется с постоянным ускорением до номинальной скорости при М=2,5М_н и М_с=М_н

t_пуск = = =1,99 с

т.е. выбранный преобразователь перегрузку выдерживает с запасом.

СИФУ преобразователя имеет косинусоидальное опорное напряжение, управление мостами раздельное.

Принимаем в качестве согласующего элемента при подключении преобразователя к сети двухобмоточный трансформатор ТСП - 25/0,7 УХЛ4 [2].U₁ =0.38 кВ, S₁ =14,6 кВА, U_к% =5,2%, ДP_кз =550 Вт, U₂ = 205 В, I₂ =50 A, группа соединения обмоток Х/Д =11. Трансформатор предназначен для работы с преобразователем 230 В, 100А.

Определим параметры трансформатора:

Полное сопротивление фазы трансформатора

Z_а =

Активное сопротивление фазы трансформатора

R₂ = =0,22 Ом

Индуктивное сопротивление фазы трансформатора

Х_т = =0,297 ОМ

Полное активное сопротивление якорной цепи

R =(R_я+R_дп)₇₅ +2R_т + =0,237 +2*0,22 + =0,96 ОМ

Частота питающей сети

щ_с =2*р*f =2*3.14*50 =314.2 c^-1

Индуктивность трансформатора

L_m = =0.945* мГн

Таблица 3.3

Zm Ом	Rm Ом	Xm Ом	Lm, мГн
0,369	0,22	0,297	0.945

Общая индуктивность цепи якоря определяется из условия сглаживания непрерывного выпрямленного тока:

,

ЭДС преобразователя при б =0

Е_d0 = = =276,8 В

i_п - действующее значение первой гармоники выпрямленного тока, исходя из условий коммутации принимается равным 0,020,15;

_в - частота пульсаций первой гармоники выпрямленного напряжения

_в=m_вс= 6314,2=1885 с^-1.

Индуктивность сглаживающего дросселя:

,

т.е. сглаживающий дроссель не нужен.

Суммарная индуктивность цепи якоря:

.

Постоянная времени цепи якоря:

Электромеханическая постоянная времени:

.

Коэффициент передачи тиристорного преобразователя при косинусоидальном опорном напряжении:

.

Постоянная времени тиристорного преобразователя принимается равной: Т_п=0,01 с.

Таблица 3.4

Тя с	Тм с	кп	Тп
0,0924	0,224	27,685	0,01

Расчет контура тока

Коэффициент обратной связи по току

К_т = =0,0625 Ом

К_рт = =0,256 о.е.

Постоянная времени интегрирования регулятора тока

Т_ит = =0,0361 с

Передаточная функция регулятора тока

W_рт (р) =к_рт + =0,256 +

Передаточная функция замкнутого контура тока

W_зт(р) = =

Передаточная функция через параметры входных цепей и цепи обратной связи выглядит следующим образом:

.

Примем емкость конденсатора С_ос=0,5 мкФ., определим R_ВХ = R_ВХ1 = R_ВХ2 и R_ОС

Рис.7. Регулятор тока

В качестве операционного усилителя целесообразно использовать серии К553 или К140.

Рис. 6 Механическая характеристика замкнутой и разомкнутой системы управления.

4.  Организация производства ремонта электрооборудования

4.1 Характеристика планово-предупредительного ремонта

Электрооборудование и сети являются частью основных производственных фондов предприятия (ОПФ). В процессе эксплуатации происходит физический и моральный износ электрооборудования и сетей, старение отдельных узлов, что нарушает нормальный ход производства.

Система планово-предупредительного ремонта (ППР) представляет собой комплекс организационно-технических мероприятий по ремонту сетей, обеспечивающих их постоянную эксплутационную готовность. Сущность профилактических осмотров и различных плановых ремонтов, чередование и периодичность ремонта определяется назначением агрегата, его конструктивными особенностями, размерами и условиями эксплуатации.

В системе ППР рассматриваются следующие виды ремонта: капитальный, средний, малый, текущий.

Капитальный ремонт - это наиболее сложный ремонт в системе ППР. Он осуществляется с целью восстановления ресурса оборудования и системы. К этому ремонту относятся такие виды работ как: полная разборка агрегата, перемотка обмоток, ремонт коллектора, замена контактных колец и других узлов и деталей.

К среднему ремонту относится частичная разборка агрегата и такие виды работ как: ремонт или замена подшипников, щитов, протирка и лакировка любых деталей обмотки статора, ротора катушек полюсов и ремонт других узлов и деталей.

Малый ремонт является профилактическим видом ремонта, при котором осуществляется очистка, смазка, проверка и замена быстро изнашивающихся деталей и т. д. Малый ремонт не требует установки оборудования и отключения сетей от энергии. При малом ремонте не разбирают основные узлы и не вскрываются подземные и скрытые сети.

В настоящее время на предприятиях чаще всего осуществляются два вида ремонта: капитальный и текущий. Текущий ремонт включает в себя все виды малого и среднего ремонтов.

4.2 Выбор структуры ремонтного цикла

Ремонтный цикл - это наработка энергетического оборудования сетей, выраженная в годах календарного времени между двумя плановыми капитальными ремонтами, а для вновь вводимого оборудования - наработка от ввода в эксплуатацию до планового капитального ремонта.

Наработка - продолжительность или объем работы электрооборудования, измеряемые в часах, циклах, кВт/ч, Вт или других принятых единицах измерения.

Совокупность капитального, среднего и малого ремонта или капитального и текущего ремонтов составляет ремонтный цикл.

Структура ремонтного цикла - это перечень входящих в него плановых ремонтов или других мероприятий системы, расположенных в последовательности их выполнения.

Структура ремонтного цикла устанавливается для групп однотипных машин, имеющих близкое значение вероятности износа с учетом особенности их эксплуатации. Для расчета количества ремонта в ремонтном цикле при разработке структуры ремонтного цикла применяются формулы:

nk = 1

где nk - количество средних ремонтов.

где nc - количество средних ремонтов, Тр - ремонтный цикл, выраженный в месяцах, t_pc - межремонтный период между двумя средними ремонтами, выраженный в месяцах.

где nм - количество малых ремонтов, t_pc - межремонтный период между малым и очередным плановым ремонтами, выраженный в месяцах.

где nт - количество текущих ремонтов, t_pм - межремонтный период между текущими ремонтами, выраженный в месяцах.

Для построения графика ППР ежегодно определяют процент выхода в ремонт каждого вида оборудования по видам ремонтов. Формулы для расчета ежегодного выхода оборудования в ремонт имеют вид:

,

где Тр - продолжительность ремонтного цикла в годах. Нормативы ремонтного цикла и межремонтного периода в соответствии с системой ЕСППР и ППРОСПЭ показаны в таблице 4.1.

Количество средних ремонтов для вертикально-хонинговального станка определяем по формуле:

Количество малых ремонтов для вертикально-хонинговального станка с нормальными условиями эксплуатации определяем по формуле:

Следовательно, для вертикально-хонинговального станка мы получаем следующую структуру ремонтного цикла:

К-М1-С1-М2-С2- М3-С3- М4-С4- М5-С5- М6-С6- М7-С7- М8-С8- М9-С9- М10-С10- М11-С11- М12-С12- М13-С13- М14-С14- М15-С15- М16 -К.

По формулам определяем ежегодный выход оборудования в ремонт:

Таблица 4.1. Нормативы ремонтного цикла и межремонтного периода.

Условия работы	Вид электрооборудования	Продолжительность ремонтного цикла Тр	Продолжительность ремонтного периода в месяцах tp
		Год	Месяц	Р. с	Р. м	Р. т
Сухие помещения. Нормальные условия работы.	1. Электродвигатели закрытого исполнения (станки, насосы)	10	120	12	6	-
	2. Электродвигатели открытого исполнения (кран)	5	60	6	3	-
	3. Электродвигатели открытого исполнения (вентиляция)	10	120	8	4	-
Загрязненные участки с большим содержанием пыли.	Электродвигатели в шлифовальных станках	8	96	6	3	-
Нормальные условия	Распределительный пункт	10	120	8	2	-
	Трансформаторы силовые и тока	12	144	-	-	36
	Трансформатор сварочный	2	24	-	-	6
	Компенсирующее устройство	4	48	-	-	6
	Выключатель масляный	3	36	-	-	12
	Кабель	20	240	-	-	12

4.3 Расчет межремонтного периода

В процессе эксплуатации в зависимости от режима работы часть электрооборудования работает круглосуточно, а другая - по установленному режиму сменности.

На электроремонтном участке режимы работы устанавливаются в зависимости от условий и объема работы. для лучшего использования оборудования рекомендуется работа в две смены. Имея принятый режим работы, определяется действительный фонд времени работы оборудования, который показывает, сколько часов можно полезно использовать в течение года.

Fд = [(Дк-Дп-Дв)?Тсм?S]?(1-б₁/100) = [(365-11-104)?2?8] ]?(1-7/100) = 3720, ч

Где Дк - календарное число дней в году (365 дней); Дп - число праздничных дней в году (11 дней); Дв - число выходных дней в году (104 дня); Тсм - число смен (2 смены); S - продолжительность смены (8 часов);б₁ - простой оборудования (7%).

Для оборудования, работающего в непрерывном режиме, формула имеет вид:

Fд = Дк?Sсут?(1-б₂/100) = 365?24?(1-3/100) = 8497, ч -

где Sсут - время работы оборудования (24 ч); б₂ - простой оборудования (3%).

Межремонтный период - это наработка электрооборудования и сетей между двумя плановыми ремонтами, выраженная в часах.

Расчет межремонтного периода производится по формуле:

Для двухсменного режима работы:

Для непрерывного режима работы:

,

где 1 + nc + nm = 32 - количество ремонтов в плановом цикле;

Tp - ремонтный цикл (8 лет).

4.3 Разработка графика ППР

Основой для планирования работ электроремонтного участка является его производственная программа, представленная графиком ППР. График ППР является основным документом. Он представляет трудоемкость всех работ, по нему рассчитывается численность всех рабочих, определяется оплата их труда, рассчитываются материальные ресурсы, необходимые для ремонта и эксплуатации электрооборудования и сетей.

Условия, необходимые для графика ППР.

1. Строгое соблюдение структуры ремонтного цикла и межремонтных периодов.

2. Необходимо установить по ремонтной картотеке цеха или ремонтного участка вид и дату последнего ремонта.

3. В каждом месяце планируемого года необходимо рассчитать трудоемкость ремонта по видам с таким условием, чтобы суммарная трудоемкость каждого месяца была почти одинаковой в течении года.

4. Необходимо установить ремонтные нормативы, к каковым относятся: категория ремонтной сложности и условная ремонтная единица; трудоемкость и материалоемкость ремонтов; длительность межремонтных периодов.

Под категорией ремонтной сложности понимается сложность ремонта электрооборудования, определяемая конструктивными и техническими особенностями. Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором в закрытом исполнении с паспортной мощностью до 0,6 кВт имеет первую категорию сложности ремонта - 1 Rэ. Трудоемкость ремонта - это трудозатраты в человеко-часах на проведение ремонта или иного мероприятия для каждой единицы энергетического оборудования.

Системой ЕСППР установлены определенные нормативы трудоемкости на одну единицу ремонтной сложности по видам работ.

Таблица. Нормативы трудоемкости на 1 У. Р. Е.

Вид работ	Вид ремонта
	Малые	Средние	Капитальные
Станочные	0,2	1	2
Электрослесарные	1	5	11
Прочие	-	1	2
Итого	1,2	7	15

5. Правила эксплуатации электроустановок

5.1 Мероприятия по электробезопасности

Эксплуатация основного и вспомогательного промышленного оборудования связана с применением опасной для человека электрической энергии. Электрический ток, проходя через организм человека, оказывает термическое, электролитическое и биологическое действие, вызывая местные и общие электротравмы (электрические удары).

Основными причинами воздействия тока на человека являются: случайное прикосновение или приближение на опасное расстояние к токоведущим частям; появление напряжения на металлических частях оборудования в результате повреждения изоляции или ошибочных действий персонала; шаговое напряжение на поверхности земли в результате замыкания провода на землю; появление напряжения на отключенных токоведущих частях, на которых работают люди, вследствие ошибочного включения установки.

Случаи поражения человека током возможны лишь при замыкании электрической цепи через тело человека или, иначе говоря, при прикосновении человека не менее чем к двум точкам цепи, между которыми существует некоторое напряжение.

Опасность такого прикосновения, оцениваемая значением тока, проходящего через тело человека, или же напряжением прикосновения, зависит от ряда факторов: схемы включения человека в цепь; напряжения сети; схемы самой сети; режима ее нейтрали; степени изоляции токоведущих частей от земли; емкости токоведущих частей относительно земли и др.

Наиболее характерными являются две схемы включения человека в электрическую цепь: между двумя проводами и между одним проводом и землей (рис. 6.1). Во втором случае предполагается наличие электрической связи между сетью и землей.



Рис. 6.1 Схема включения человека в электрическую цепь.

Применительно к сетям переменного тока первую схему (рис. 6.1, а) обычно называют двухфазным включением, а вторую (рис. 6.1, б, в) -- однофазным.

Двухфазное включение, т.е. прикосновение человека одновременно к двум фазам (рис. 6.1, а), как правило, более опасно, поскольку к телу человека прикладывается наибольшее в данной сети напряжение -- линейное, и поэтому через тело человека идет большой ток.

Нетрудно представить, что двухфазное включение одинаково опасно в сети как с изолированной, так и с заземленной нейтралью. При таком включении опасность поражения не уменьшается и в том случае, если человек надежно изолирован от земли (резиновые галоши, боты, диэлектрический коврик, деревянный пол).

Однофазное включение (рис. 2.10, б, в) происходит значительно чаще, но является менее опасным, чем двухфазное, поскольку напряжение, под которым оказывается человек, не превышает фазного. Соответственно меньше оказывается ток, проходящий через тело человека. На значение этого тока влияют режим нейтрали источника тока, сопротивление изоляции и емкость проводов относительно земли, сопротивление пола, на котором стоит человек, сопротивление его обуви и другие факторы.

В случае электрического соединения токоведущей части непосредственно с землей или нетоковедущими проводящими конструкциями, а также предметами, неизолированными от земли, -- электрическом замыкании на землю -- происходит растекание тока в земле. Зоной растекания тока является зона земли, за пределами которой электрический потенциал, обусловленный токами замыкания на землю, может быть условно принят равным нулю.

В зоне растекания тока человек может оказаться под так называемым шаговым напряжением, из-за разности потенциалов между двумя точками, расположенными на расстоянии шага.

При замыкании тока на землю через корпус заземленного оборудования, корпус также окажется под потенциалом (напряжением). В случае прикосновения к корпусу человек в этом случае оказывается под напряжением прикосновения, представляющим собой напряжение (разность потенциалов) между двумя точками цепи тока, которых одновременно касается человек.

Все производственные помещения согласно ПУЭ (Правилам устройства электроустановок) делятся по степени риска поражения людей электрическим током на три класса: без повышенной опасности, с повышенной опасностью, особо опасные.

Помещения без повышенной опасности -- это сухие, беспыльные помещения с нормальной температурой воздуха и с изолирующими (например, деревянными) полами, т.е. те помещения, в которых отсутствуют условия, свойственные помещениям двух других классов.

Сюда относятся обычные конторские помещения, инструментальные кладовые, лаборатории, а также некоторые производственные помещения, в том числе цехи приборостроительных заводов, размещенные в сухих и беспыльных помещениях с изолирующими полами и нормальной температурой.

Помещение с повышенной опасностью характеризуется наличием одного из следующих пяти условий, создающих повышенную опасность: сырости, когда относительная влажность воздуха длительное время превышает 75 % (сырые помещения); высокой температуры, когда температура воздуха значительное время (свыше суток) превышает 35 °С (жаркие помещения); токопроводящей пыли, когда по условиям производства в помещениях выделяется токопроводящая технологическая пыль (угольная, металлическая и т.п.) в таком количестве, что она оседает на проводах, проникает внутрь машин, аппаратов и т.п. (помещения пыльные, с токопроводящей пылью); токо-проводящих полов -- металлических, земляных, железобетонных, кирпичных и т.д.; возможности одновременного прикосновения человека к имеющим соединение с землей металлоконструкциям зданий, технологическим аппаратам, механизмам и т.п., с одной стороны, и к металлическим корпусам электрооборудования -- с другой это лестничные клетки различных зданий с токопроводящими полами, складские неотапливаемые помещения (даже если они размещены в зданиях с изолирующими полами и деревянными стеллажами) и подобные им помещения.

Помещения особо опасные характеризуются наличием одного из следующих трех условий, создающих особую опасность: особой сырости, когда относительная влажность воздуха близка к 100 %, а стены, пол, предметы, находящиеся в помещении, покрыты влагой (особо сырые помещения); химически активной или органической среды, т.е. помещения, в которых постоянно или в течение длительного времени содержатся агрессивные пары, газы, жидкости, образующие отложения или плесень, которые имеют разрушительное воздействие на изоляцию и токоведущие части электрооборудования (помещения с химически активной или органической средой); одновременного наличия двух и более условий, свойственных помещениям с повышенной опасностью.

К особо опасным помещениям относятся многие производственные помещения, в том числе и цехи машиностроительных заводов, испытательные станции, гальванические цехи, мастерские. К таким помещениям относятся и участки работ на земле или под навесом.

Основными мерами защиты от поражения электрическим током являются:

обеспечение недоступности токоведущих частей, находящихся под напряжением, для случайного прикосновения;

электрическое разделение сети;

устранение опасности поражения при появлении напряжения на корпусах, кожухах и других частях электрооборудования, что достигается применением малых напряжений, использованием двойной изоляции, выравниванием потенциала, защитным заземлением, занулением, защитным отключением и другими мерами;

применение специальных электрозащитных средств -- переносных приборов и приспособлений (средств индивидуальной защиты);

организация безопасной эксплуатации электроустановок. Недоступность токоведущих частей электроустановок для случайного прикосновения может быть обеспечена: изоляцией токоведущих частей, размещением их на недоступной высоте, ограждением и другими средствами.

Для устранения опасности поражения током в случае повреждения изоляции переносного ручного электроинструмента и переносных ламп их питают малым напряжением не выше 42 В. Кроме того, в особо опасных помещениях при особо неблагоприятных условиях (например, работа в металлическом резервуаре, работа сидя и лежа на токо-ведущем полу и т.п.) для питания ручных переносных ламп применяют еще более низкое напряжение 12 В.

Двойная изоляция -- это электроизоляция, состоящая из рабочей и дополнительной изоляции.

Рабочая изоляция предназначена для изоляции токоведуших частей электроустановки, обеспечивая ее нормальную работу и защиту персонала от поражения током.

Дополнительная изоляция предусматривается дополнительно к рабочей для защиты от поражения током в случае повреждения рабочей изоляции.

Применяется при создании ручных электрических машин, при этом заземление или зануление их корпусов не требуется.

Защитное заземление -- это преднамеренное электрическое соединение с землей или ее эквивалентом металлических нетоковедущих частей, которые могут оказаться под напряжением.

Назначение защитного заземления -- устранение опасности поражения людей электрическим током при появлении напряжения на конструктивных частях электрооборудования, т.е. при замыкании их на корпус.

Принцип действия защитного заземления -- снижение до безопасных значений напряжений прикосновения и шага, обусловленных замыканием на корпус, за счет уменьшения потенциала заземленного оборудования, а также выравнивания потенциалов основания и оборудования.

Область применения защитного заземления -- трехфазные трехпроводные сети напряжением до 1000 В с изолированной нейтралью и выше 1000 В с. любым режимом нейтрали.

Заземляющее устройство представляет собой совокупность заземлителя (металлических проводников, находящихся в непосредственном соприкосновении с землей) и заземляющих проводников, соединяющих заземляемые части электроустановки с заземлителем.

Согласно ПУЭ (Правилам устройства электроустановок) сопротивление защитного заземления в любое время года не должно превышать:

4 Ом -- в установках напряжением до 1000 В; если мощность источника тока (генератора или трансформатора) 100 кВА и менее, то сопротивление заземляющего устройства допускается до 10 Ом;

0,5 Ом -- в установках напряжением выше 1000 В с эффективно заземленной нейтралью;

250//₃, но не более 10 Ом -- в установках напряжением выше 1000 В с изолированной нейтралью, где /₃ -- ток замыкания на землю, А.

Заземление в помещениях второго и третьего класса опасности является обязательным при номинальном напряжении электроустановки выше 42 В переменного и выше ПО В постоянного тока, а в помещениях без повышенной опасности -- при напряжении 380 В и выше переменного и 440 В и выше постоянного тока. Во взрывоопасных помещениях заземление выполняется независимо от значения напряжения установки.

Противопожарная зашита

Согласно ГОСТ 12.1.004 -- 91 ССБТ «Пожарная безопасность. Общие требования» пожарная безопасность -- это состояние объекта, при котором исключается возможность пожара, а в случае его возникновения предотвращается воздействие на людей опасных факторов пожара и обеспечивается защита материальных ценностей. С учетом этого определения разрабатывают профилактические мероприятия и систему пожарной защиты. Нормативная вероятность возникновения пожара принимается равной не более 10"⁶ в год на отдельный пожароопасный элемент рассматриваемого объекта. Такая же вероятность воздействия опасных факторов пожара в расчете на отдельного человека (риск) принимается при разработке системы пожарной защиты.