Расчет параметров и выбор двигателя

 

Определяем среднеквадратичное значение момента нагрузки по [1]:

 

,                             (4.1)

 

где: М₁, М₂ – момент на каждом участке графика нагрузочной диаграммы;

t₁, t₂ – промежутки времени в течение которых прикладываются моменты М₁, М₂;

Т_ц – время цикла.

Тогда по (4.1):

.

Определим среднее значение момента за цикл работы по [3]:

 

.                                     (4.2)

 

Тогда по (4.2):

.

Расчетный номинальный момент двигателя [1]:

 

.                                         (4.3)

Тогда по (4.3):

 Н*м.

Условия выбора двигателя ковочной машины:

– по режиму работы (режим работы длительной);

– по скорости (w_дв = w_р.дв = 201,68 рад/с);

– по нагреву (М_ном.дв. ³ М_н.р);

– с учетом номинального скольжения (S_ном ³ S_н.р);

– по условиям окружающей среды.

Необходимое расчетное скольжение привода [4]:

 

S_{пр.расч} = S_ном.р + S_доп,                                               (4.4)

 

где: S_{пр.расч} – требуемое номинальное скольжение привода (Sпр.расч. = 0,08¸0,05 по [4] для 15 < n < 50 ходов в минуту рабочего органа);

S_доп – дополнительное скольжение (принимаем S_доп = 0,01¸0,03 для ременной передачи);

S_ном.р – номинальное расчетное скольжение двигателя:

 

S_ном.р = S_{пр.расч} – S_доп. = 0,05 – 0,03 = 0,02.                      (4.5)

 

Выбираем двигатель из условия окружающей среды в закрытом обдуваемом исполнении со степенью защиты не менее IP44, поскольку большинство приводов ковочных машин работает в условиях вибрации и ударов, повышенных температур и др. вредных условий.

Так как, в [5] максимальная мощность асинхронного двигателя с кз ротором с повышенным скольжением серии 4А не более 50 кВт, а нам требуется двигатель с мощностью порядка 300 кВт, то необходимо выбрать двигатель серии АОС3:

AОC3 315 2У режима работы S1 (длительный). Его параметры:

Рн = 160 кВт;

Sн = 2,1%;

n₀ = 3000 об/мин;

Uн = 380/660 В;

h = 0,92;

cosj = 0,9;

I_П/I_Н = 7;

М_МАХ/M_Н = 2;

М_П/M_Н = 1;

R₁ = 0,020;

R’₂ = 0,017;

J_дв = 10 кг*м²;

S_K = 5,6%.

Номинальный момент двигателя по [3]:

 

,                                                    (4.6)

 

где: Рн – номинальная мощность двигателя, Вт;

w_н – номинальная угловая скорость двигателя, рад/с.

Скорость холостого хода:

 

w₀ = p*n₀/30 = 3,14159*3000/30 = 314,159 рад/с. (4.7)

 

Тогда по (4.7):

 

w_н = w₀*(1 – Sн) = 314,159*(1 – 0,021) = 307,562 рад/с. (4.8)

 

Тогда по (4.6):

М_Н = 160000/307,562 = 520,221 Н*м < 895,559 Н*м.

Однако даже этот двигатель (самый мощный асинхронный двигатель с повышенным скольжением) не обеспечит требуемый момент. Тогда поставим не один, а два одинаковых двигателя (смотри расчёты далее). Причём, оба двигателя приводят во вращательное движение один вал, на котором находится шкив ременной передачи, через дифференциал (конический редуктор, у которого две шестерни и одно колесо). Схема дифференциала с двумя двигателями приведена на рисунке 4.1.

 

10 – Первый АД с КЗ с повышенным скольжением;

11 – Дифференциал;

10 – Второй АД с КЗ с повышенным скольжением.

Рисунок 4.1 – Схема дифференциала с двумя двигателями

 

Таким образом, мы ставим два одинаковых двигателя АОС3 315 2У и соединяем их со шкивом через механический дифференциал (конический редуктор), причём в нашем случае принимаем передаточное отношение i = 1. В этом случае:

 

М_∑ = М₁ + М₂;

                                     (4.9)

щ_∑ = (щ₁ ± щ₂)/2,

 

где: М₁ – момент, развиваемый первым двигателем;

М₂ – момент, развиваемый вторым двигателем;

щ₁ – угловая скорость вращения первого двигателя;

щ₂ – угловая скорость вращения второго двигателя;

щ_∑ – угловая скорость вращения колеса редуктора.

Причём во втором выражении системы (4.9) знак «+» ставится в том случае, если двигатели вращаются в разных направлениях (в нашем случае необходимо сделать именно так), а знак «–» – если двигатели вращаются в одном направлении.

Кроме того, применение двух двигательного электропривода приведёт к уменьшению момента инерции привода в среднем на 5 – 8%, что, в свою очередь, приведёт к уменьшению потерь в переходных процессах (в нашем случае при пуске).

Таким образом, момент номинальный:

М_Н = 520,221 + 520,221 = 1040,442 Н*м > 895,559 Н*м.

Определяем момент инерции привода, требуемый для сглаживания максимального момента по [1]:

 

,                                         (4.10)

 

где: b – жесткость механической характеристики;

m_к – кратность максимального момента к номинальному.

Жесткость механической характеристики одного двигателя:

 

,                                                     (4.11)

 

где: М_Н – момент, развиваемый двумя двигателями;

S_H – номинальное скольжение двигателя;

щ₀ – скорость холостого хода двигателя.

Тогда по (4.11):

.

 

А суммарная жесткость механической характеристики:

.

И по (4.10):

кг*м².

Применяем момент инерции конического редуктора, шкива, редуктора, кривошипно-шатунного механизма приведенного к валу двигателя 0,5*J_дв. Момент инерции маховика, приведенного к валу двигателя:

 

J'_{маховика} = J_ПР∑ – 2*J_дв – 0,5J_дв.                                        (4.12)

 

Тогда по (4.12):

J'_{маховика} = 136,874 – 2*10 – 0,5*10 = 111,874 кг*м².

Момент инерции маховика найдём по формуле:

 

J _{маховика} = J'_{маховика}/r²,                                     (4.13)

 

где: r – относительное плечо крутящего момента.

Тогда по (4.13):

J _{маховика} = J'_{маховика}/r² = 111,874/0,2² = 2796,85 кг*м².