«Издание Проектирование приводов 11/2001 Практика приводной техники 1052 3057 / RU Содержание 1 1 Введение 2 Электропривод переменного тока с фиксированной 2 частотой вращения 3 3 Электропривод переменного тока с ...»

мощность По данным таблицы КПД цепной передачи 1 = 0,9 для каждого полностью При этом необходимая статическая мощность двигателя при КПД редуктора Внешний В данном случае внешний момент инерции состоит из моментов инерции плиты момент инерции и роликов. В таких условиях моментом инерции цепей можно пренебречь.

и моменты двигателя Объем ролика Момент инерции Чтобы привести момент инерции ротора двигателя и внешний момент инерции к общей базе отсчета, последний необходимо пересчитать с учетом Внешний момент Частота вращения выходного вала Практика приводной техники – Проектирование приводов Таким образом, приведенный к валу двигателя момент инерции одного ролика:

Динамический момент на входе редуктора, необходимый для разгона нагрузки Динамический Номинальный Отношение MH / MN Многодвигатель При работе с многодвигательным приводом учитывайте следующее:

ный привод • Для компенсации электрической емкости кабелей при эксплуатации • Преобразователь частоты выбирается по величине суммарного тока Выбор привода Согласно данным каталога номинальный ток выбранного двигателя составляет 4,9 А. Следовательно, необходим преобразователь частоты Практика приводной техники – Проектирование приводов Пример расчета привода поворотного стола с преобразователем 12 Пример расчета привода поворотного стола с преобразователем частоты Условия Для обработки заготовок (4 штуки) стол поворачивается через каждые 30 секунд на 90°. Каждый процесс перемещения занимает 5 секунд, максимальное ускорение не должно превышать 0,5 м/с2. Допустимое отклонение положения 12.1 Расчет параметров двигателя Момент инерции JS = собственный момент инерции заготовки по закону Штейнера Упрощенный Поскольку заготовки расположены на столе симметрично, возможен расчет упрощенный расчет по следующей формуле:

В данном случае моментом инерции зубчатого венца можно пренебречь. При Частота вращения и время разгона Частота вращения Время разгона Практика приводной техники – Проектирование приводов Пример расчета привода поворотного стола с преобразователем Мощность Момент инерции поворотного стола, как правило, значительно выше момента инерции ротора двигателя, поэтому в расчете пусковой мощности последнюю Полная мощность Проверка Двигатель при определенной частоте вращения, соответствующей частоте 5 Гц точности (R = 1:10), останавливается механическим тормозом. Торможение производится остановки Время торможения Замедление при Длина тормозного Точность остановки В этом значении учитывается время наложения тормоза, но не учитываются внешние причины возможной задержки (например, время на вычисления в Практика приводной техники – Проектирование приводов Пример расчета привода поворотного стола с преобразователем 12.2 Расчет параметров редуктора Вращающий Эксплуатация в режиме 16 ч/сут и при Z = 120 вкл/ч (при этом из за запусков, момент на переключений на низкую скорость и торможений происходит 360 изменений С учетом этого получаем характер нагрузки III и необходимый эксплуатационный Люфт редуктора Для этого редуктора угловой люфт выходного вала составляет 0,21°. В пересчете на длину окружности поворотного стола это соответствует расстоянию 0,85 мм.

Следовательно, наибольшая часть общего люфта установки в значительной Расчет по стандарту DIN 22101 "Роликовые ленточные конвейеры" Силы Чтобы определить величину сил сопротивления движению и соответствующую сопротивления мощность привода, силы действующие на ленточный конвейер делятся на Основная сила сопротивления FH верхней и нижней ветви конвейера между силой сопротивления и перемещаемой нагрузкой.

Практика приводной техники – Проектирование приводов Вторичные силы • Сила инерции груза и сила трения между грузом и лентой в месте загрузки Сумма вторичных сил сопротивления FN учитывается коэффициентом C:

Если в общем сопротивлении движению составляющая вторичных сил мала, Табл. 7. Коэффициенты C вторичных сил сопротивления в зависимости от длины конвейера L Сила сопротивления подъему перемещаемого груза рассчитывается по Прочие силы Прочими являются все не указанные выше вторичные силы сопротивления.

сопротивления Условия Ленточный конвейер перемещает 650 т песка (сухого) в час. Максимальная скорость подачи составляет 0,6 м/с. Необходимо регулирование этой скорости в диапазоне 1:3 до минимального значения 0,2 м/с. Длина конвейера равна 30 м.

13.1 Расчет параметров двигателя Основные силы Основная сила сопротивления FH верхней и нижней ветви конвейера сопротивления определяется сразу для обеих ветвей.

Предположение: линейная зависимость между силой сопротивления и перемещаемой нагрузкой.

Основная сила сопротивления Вторичная сила сопротивления сопротивления подъему и прочие Статическая мощность Практика приводной техники – Проектирование приводов Внешний Момент инерции прямолинейно движущихся компонентов (груз и лента) момент инерции Время разгона Частота вращения выходного вала Выбор редуктора Выдержка из каталога "Variable Speed Geared Motors" ("Мотор редукторы с Исходя из максимальной частоты вращения na2, выбираем:

Номинальная Pa2 – это номинальная мощность на выходном валу. Она должна быть больше мощность вычисленной мощности нагрузки.

Вращающий Вращающий момент не должен превышать максимально допустимой величины вращения Если эти условия выполняются, то привод выбран.

Практика приводной техники – Проектирование приводов 14 Пример расчета привода кривошипно шатунного механизма С помощью кривошипно шатунных механизмов можно механическим способом реализовать сложнейшие процессы движения, обеспечивающие максимальную Шарнирные Такие "шарнирные механизмы" требуют очень трудоемкого расчета, для механизмы выполнения которого почти всегда используются специальные компьютерные Вращательное Кривошипно шатунный механизм используется для преобразования движение / вращательного движения в поступательное. Главное отличие привода такого поступательное механизма от приводов, рассмотренных выше, состоит в том, что динамические движение параметры кривошипно шатунного механизма постоянно изменяются.

Приближенные Приближенные формулы, используемые для наших расчетов, действительны формулы при условии постоянной угловой скорости:

Расчет рабочего Для точного вычисления параметров нагрузки необходим последовательный и цикла многократный – градус за градусом – расчет рабочего цикла. Эта задача, разумеется, решается компьютерной программой. Таким же образом работает и Частота Расчет еще более усложняется, если учитывать, что частота вращения вращения изменяется. Это происходит, например, при запуске привода. Если при запуске Const. кривошип находится в одной из мертвых точек, то при расчете мощности его положением, как правило, можно пренебречь. Но если при запуске кривошип находится в каком либо ином положении, то процесс запуска следует рассматривать отдельно из за наложения динамики кривошипно шатунного В нашем примере будет показан лишь упрощенный расчет параметров мощности. Для решения более сложных задач рекомендуется использовать Условия Передающее устройство сталкивает палеты массой в 500 кг с одного роликового С учетом паузы, запуска и остановки привода получаем частоту вращения его Практика приводной техники – Проектирование приводов Пример расчета привода кривошипно шатунного механизма 14.1 Расчет параметров двигателя По соответствующей составляющей мощности выбирается необходимый привод. Как правило, для приводов подъемных устройств – это статическая составляющая, а для приводов горизонтального перемещения – динамическая.

Максимальная В обычных условиях максимальная статическая мощность достигается при статическая максимальной скорости. Это имеет место в тот момент, когда кривошип и шатун Максимальная Максимальная динамическая мощность достигается в тот момент, когда динамическая произведение ускорения и скорости составляет максимальную величину. мощность Продифференцировав по углу и приравняв функцию к нулю, получаем эту Динамическая Очевидно, что в данном примере статическая составляющая мощности Выбор Выбираем двигатель DV132M4BM мощностью 7,5 кВт, поскольку, как уже двигателя говорилось, данный метод расчета годится только для приближенной оценки.

Для получения точных результатов рекомендуется использовать программу Расчет Расчет параметров редуктора см. предыдущие примеры.

параметров При этом действительно:

редуктора Практика приводной техники – Проектирование приводов 15 Пример расчета привода ходового винта Условия Для разрезания пластмассовые заготовки подаются на пилу приводом ходового винта. Скорость подачи и шаг ходового винта выбраны такими, что можно использовать двигатель с переключением числа полюсов (8/2 полюсный) без При этом процесс резки выполняется при низкой частоте вращения, а обратный ход – при высокой. Кроме того, двигатель должен быть оснащен тормозом.

Данные Необходимая производительность пилы – 420 заготовок в час.

ходового винта 15.2 Расчет Частота вращения ходового винта Можно использовать 8/2 полюсный двигатель без редуктора.

Статическая мощность Статическая мощность при резке на низкой частоте вращения (с учетом только Процесс резки Статическая мощность при резке на низкой частоте вращения (с учетом только 8 полюсном режиме Статическая мощность при обратном ходе на высокой частоте вращения 2 полюсном режиме Динамическая мощность двигателя зависит от его типоразмера, поэтому на данном этапе расчета выбирается двигатель, номинальная мощность которого выше статической. Для проверки динамической мощности понадобится дополнительный расчет допустимого количества включений в час.

Практика приводной техники – Проектирование приводов 15.3 Проверочный расчет Продолжитель Двигатель в стандартном исполнении рассчитан на эксплуатацию в режиме S3.

Продолжитель При производительности 420 заготовок в час получаем общую ность цикла продолжительность цикла tT = 8,5 с.

продолжительность Допустимое Для определения количества включений необходимо дополнительно рассчитать:

Момент нагрузки Расчет момента нагрузки без учета КПД:

Динамический момент MH Низкая частота Высокая частота Расчетный коэффициент kP Низкая частота Высокая частота Внешний момент инерции Для подводящего Внешний момент инерции JX2 ходового винта. Для упрощения расчета ходовой винт рассматривается как сплошной цилиндр, вращающийся вокруг своей Для ходового винта Радиус ходового Момент инерции ходового винта Практика приводной техники – Проектирование приводов Допустимое количество Выбор привода Таким образом, привод выбран:

Условия Двухкоординатный портальный подъемник оснащен сервоприводами.

Ось X Привод перемещения, передача усилия через зубчатый ремень µ = 0,1 (коэффициент трения в направляющих по данным изготовителя) Ось Y Привод подъема, передача усилия через зубчатую рейку Практика приводной техники – Проектирование приводов 16.1 Оптимизация диаграмм рабочего цикла рабочего цикла перемещения Диаграмма рабочего цикла привода подъема Время движения с Диаграммы приводов перемещения Практика приводной техники – Проектирование приводов Пример расчета сервоприводов портального подъемника 16.2 Расчет мощности перемещения Замедление движение вверх Ускорение Суммарный момент Замедление Суммарный момент Привод подъема, движение вниз Ускорение Ускоряющая сила Суммарный момент Замедление Суммарный момент Практика приводной техники – Проектирование приводов Пример расчета сервоприводов портального подъемника В результате получается следующая кривая изменения вращающего момента на Рис. 46. Кривая изменения вращающего момента: A = привод подъема 16.3 Расчет параметров редукторов Типоразмер низколюфтовых планетарных редукторов зависит от максимального вращающего момента на выходном валу (в отличие от стандартных редукторов SEW, типоразмер которых определяется коэффициентами fB).

Следовательно, на данном этапе расчета типоразмеры планетарных редукторов Привод перемещения: Mмакс = 106,7 Нм PSF 41x с допустимым вращающим Привод подъема: Mмакс = 22 Нм PSF21x с допустимым вращающим моментом Указанные в каталоге значения максимального вращающего момента для низколюфтовых планетарных редукторов являются допустимыми пиковыми значениями, тогда как для стандартных редукторов SEW приводятся значения допустимого длительного момента. Поэтому редукторы этих типов нельзя Если необходимо использовать стандартный редуктор SEW, то расчет его параметров выполняется так же, как и для приводов, регулируемых по частоте Частота Чтобы определить передаточное число редуктора, сначала необходимо выбрать вращения частоту вращения двигателя.

двигателя Если привод должен быть минимального типоразмера и обеспечивать очень двигателя должна быть высокой. Преимущество такого решения – в передаточном числе редуктора. Чем выше частота вращения двигателя, тем больше передаточное число редуктора, а значит и вращающий момент на выходном валу. Кроме того, при более высоком передаточном числе Недостатком повышения частоты вращения двигателя является сокращение срока службы его подшипников и иногда увеличение необходимого пускового момента, поскольку такому двигателю приходится за то же самое время Выбор частоты SEW выпускает серводвигатели в следующих вариантах исполнения: 2000, С учетом вышеназванных преимуществ и недостатков выбираем двигатели Резерв на Чтобы иметь резерв на регулирование, передаточное число выбирается таким регулирование образом, чтобы максимальная частота вращения на выходе редуктора достигалась по возможности при 90 % номинальной частоты вращения Привод перемещения Передаточное Практика приводной техники – Проектирование приводов Пример расчета сервоприводов портального подъемника Привод подъема Точность Имея эти значения, на данном этапе расчета уже можно вычислить статическую позициониро точность позиционирования. Стандартная дискретность датчика: 1024x4.

16.4 Выбор двигателей Выбираемый двигатель должен соответствовать 3 условиям:

1. Пиковый момент не должен превышать утроенного значения пускового 2. Вычисленный эффективный вращающий момент при работе без принудительного охлаждения не должен превышать значения M0.

3. Отношение внешнего момента инерции к моменту инерции ротора двигателя (активная составляющая без учета массы тормоза) должно быть меньше 10.

Соответствующие точные значения можно получить только для известного двигателя, но для приблизительного расчета параметров имеющихся данных Привод 1. Расчетный пиковый момент нагрузки (без учета момент инерции ротора перемещения двигателя).

После приведения к валу двигателя получаем предварительное значение Динамический Согласно 1 му условию пусковой момент M0 должен быть не меньше значения 2. Эффективный вращающий момент рассчитывается по следующей формуле:

Эффективный По диаграмме изменения вращающего момента (см. рис. 46) и с учетом передаточного числа редуктора 16 и паузы в 2 секунды получаем:

Согласно 2 му условию пусковой момент M0 должен быть не меньше значения Практика приводной техники – Проектирование приводов Пример расчета сервоприводов портального подъемника Выбор двигателя Согласно 3 му условию отношение JX/JM должно быть не больше 10, поэтому необходимо выбрать двигатель с моментом инерции ротора двигателя JM > 0,0003 кгм2. Таким образом, типоразмер двигателя должен быть не меньше Привод подъема 1. Расчетный пиковый момент нагрузки (без учета момент инерции ротора После приведения к валу двигателя получаем предварительное значение Выбор двигателя Согласно 3 му условию отношение JX/JM должно быть не больше 10, поэтому необходимо выбрать двигатель с моментом инерции ротора двигателя JM > 0,00016 кгм2. Таким образом, типоразмер двигателя должен быть больше Проверка Теперь момент инерции ротора двигателя известен, и можно проверить параметров динамическую нагрузочную способность с учетом полученных значений.

выбранного двигателя Привод перемещения Динамический Динамический момент нагрузки больше утроенного номинального момента двигателя DY71SB (M0 = 2,5 Нм) и будет вызывать перегрузку. Следовательно, Выбор двигателя По результатам проверки выбираем двигатель: DY 71MB Практика приводной техники – Проектирование приводов Пример расчета сервоприводов портального подъемника Привод подъема Динамический момент нагрузки меньше утроенного номинального момента Выбор двигателя По результатам проверки подтверждаем выбор: DY 71SB Эффективный В заключение с учетом измененных значений момента инерции ротора вращающий двигателя заново рассчитаем величину эффективного вращающего момента.

момент Порядок вычислений был показан достаточно подробно, поэтому ограничимся 16.5 Выбор приводной электроники • Два компактных контроллера (состоящих из силового и координатного Какой из этих вариантов оптимальнее и выгоднее, зависит от конкретных условий эксплуатации. В данном случае исключительно для большей наглядности выбирается первый вариант. Выбор параметров компактного контроллера выполняется аналогично выбору параметров преобразователя Выбор Критерии выбора координатных модулей:

координатных Пиковый выходной ток. Для координатных модулей MOVIDYN® типа MAS это • Средняя величина тока двигателя. Она не должна превышать номинальный Эти значения тока можно получить непосредственно по уже рассчитанным Привод Выбранный двигатель DFY 71MB работает на номинальном токе 2,7 А при По результатам расчетов максимальный пусковой момент составляет 8,1 Нм, В отличие от выбора параметров двигателя, где учитываются эффективные значения, параметры координатных модулей выбираются по среднему значению Средняя величина Практика приводной техники – Проектирование приводов Пример расчета сервоприводов портального подъемника Привод подъема Выбранный двигатель DFY 71SB работает на номинальном токе 1,85 А при По результатам расчетов максимальный пусковой момент составляет 6,5 Нм, Средняя величина Выбор силового Критерии выбора силовых модулей:

модуля Пиковый выходной ток. Для силовых модулей MOVIDYN® (например, типа Эти значения тока складываются из значений выходного тока координатных Выбор Тормозной резистор нагружается только тогда, когда вращающий момент тормозного двигателя становится отрицательным (генераторный режим). Из диаграммы резистора изменения вращающего момента на выходных валах очевидно, что продолжительность включения (ПВ) составляет ок. 20 %. Максимальный вращающий момент генераторного режима возникает в том случае, когда привод подъема замедляется при опускании, и одновременно затормаживается Сначала необходимо перевести значения тормозного момента в значения Пиковая мощность торможения перемещения При постоянной величине замедления средняя мощность торможения соответствует половине пиковой мощности торможения.

Полная мощность торможения Выдержка из таблицы "Тормозные резисторы для силового модуля MOVIDYN® Практика приводной техники – Проектирование приводов Пример расчета сервоприводов портального подъемника Выбор При использовании радиаторов DKE следует учитывать, что установка модуля на радиатора стык двух радиаторов не допускается. Поэтому сначала необходимо перевести Тепловое По данным таблицы тепловое сопротивление составляет 0,4 К/Вт. Эта величина сопротивление представляет собой превышение температуры окружающей среды в кельвинах относительно мощности потерь смонтированных модулей в ваттах. При этом Потери мощности Импульсный блок перемещения Таким образом, обеспечивается безопасный тепловой режим в диапазоне до теоретической температуры окружающей среды 80 °C – 24,2 К = 55,8 °C.

Практика приводной техники – Проектирование приводов 17 Приложение: таблицы и пояснения к условным обозначениям КПД передающих элементов Стальные тросы для каждого полностью охваченного блока (подшипники скольжения или 0,91 – 0, Клиновые ремни для каждого полностью охваченного шкива (нормальное натяжение ремня) 0,88 – 0, Полимерные ленты для каждого полного обхвата/барабаны на подшипниках качения (нормальное 0,81 – 0, Резиновые ленты для каждого полного обхвата/барабаны на подшипниках качения (нормальное 0,81 – 0, Зубчатые ремни для каждого полного обхвата/шкивы на подшипниках качения (нормальное 0,90 – 0, Цепи для каждого полного обхвата/звездочки на подшипниках качения (в зависимости 0,90 – 0, Редукторы смазка маслом, 3 ступени (цилиндр.шестерни), в зависимости от качества 0,94 – 0, Коэффициенты подшипниках Тип подшипника Коэффициент трения Подшипник качения скольжения Коэффициенты трения обода и реборды колеса Колеса на подшипниках качения c = 0, Колеса на подшипниках Боковые направляющие ролики c = 0, Коэффициенты трения в парах различных материалов Полимерный ремень/сталь Трение покоя (без смазки) Трение качения (плечо силы трения качения) Сталь/сталь Дерево/сталь (роликовый конвейер) Пластмасса/сталь Эбонит/сталь Пластмасса/бетон Эбонит/бетон Резина средней жесткости/бетон КПД ходового винта Трапецеидальная резьба (в зависимости от шага и смазки) = 0,3... 0, Шариковый ходовой винт Ссылки DIN/VDE 0113 Предписания по электрооборудованию промышленных установок с EN 60034 Предписания по вращающимся электрическим машинам.

Dubbel Руководство по машино и станкостроению, том I и II.

Практика приводной техники – Проектирование приводов Приложение: таблицы и пояснения к условным обозначениям 17.2 Пояснения к условным обозначениям Пояснения к условным обозначениям в формулах приводной техники и в Практика приводной техники – Проектирование приводов Приложение: таблицы и пояснения к условным обозначениям XB Точность остановки (допуск на длину тормозного пути) мм Асинхронный двигатель с короткозамкнутым Защита от попадания посторонних Биметаллический выключатель 18 Защитный автоматический выключатель Блок схема проектирования, сервопривод 38 двигателя Вентилятор принудительного охлаждения 30 Инструкции по проектированию, вариатор Вращающий момент на выходном валу 47, Вращающий момент, максимальный 35 Кабель питания двигателя, режим Встроенный преобразователь частоты 27 Корпус подшипника, удлиненный Двигатели с переключением числа полюсов 9 Крыльчатка, инерционная Двигатели с переключением числа полюсов, преобразователь частоты Двухсекционная тормозная катушка Диапазон номинального напряжения 13 Максимально допустимое повышение Диапазон регулирования частоты Максимальный вращающий момент Дополнительный момент инерции Дополнительный эксплуатационный коэффициент, червячный редуктор Допуск A Допуски Допустимое количество включений Дроссель Практика приводной техники – Проектирование приводов Напряжение Недостаточные параметры Нестабильность Нестабильность напряжения Несущая способность подшипников Низкая температура Низколюфтовые планетарные редукторы Низколюфтовые редукторы Номинальная мощность 11, 12, 14, 15, Номинальная мощность, увеличение Номинальная частота вращения 11, Номинальное значение Номинальное напряжение 11, Номинальный ток Нормальный режим работы Общий эксплуатационный коэффициент, червячный редуктор Ограничение по нагреву Опора двигателя Определение внешней радиальной нагрузки Опрокидывание Опрокидывающий момент 13, 29, 28, Осевые нагрузки Ослабление поля Относительная продолжительность Охлаждение Охлаждение двигателя Перегрузка Передающие элементы Переключение "звезда > треугольник" Перемешивающее устройство Плавное переключение числа полюсов Плавность вращения Планетарный мотор редуктор Повышение температуры Подогрев тормоза Постоянная мощность, вариатор 42, Постоянный вращающий момент 28, Постоянный вращающий момент, Потери на трение Потери от перемешивания масла 30, Потребление мощности Предельная нагрузка Преобразователи частоты Преобразователи частоты, дополнительное Преобразователь частоты, встроенный Преобразователь, модульный Приводной преобразователь Приводные преобразователи 27, Приложение усилия Стояночный тормоз Схема включения звездой Схема включения треугольником 20 International Protection Температура обмотки 16, Температура окружающей среды 11, 12, 16, Температурный класс изоляции 11, 15, 16, 30, 31 MDV Тормозной контактор Тормозной момент Точка приложения усилия Точность остановки Тяжелый запуск Устройство плавного переключения числа полюсов 10, Фрикционный вариатор Частота Частота вращения выходного вала Частота вращения на выходе редуктора Число полюсов Эксплуатационные коэффициенты, вариатор Эксплуатационный коэффициент 49, Эксплуатационный коэффициент, червячный редуктор Экстренная остановка Эффективный вращающий момент ATEX 100a cos 11, 13, Current Mode Flux Control 27, Практика приводной техники – Проектирование приводов 10/ 10/ 10/ 10/ Мотор редукторы \ Приводная электроника \ Приводная автоматика \ Обслуживание