книги из ГПНТБ / Гейлер Л.Б. Электрооборудование и электроавтоматика кузнечно-прессовых машин
.pdfд-р техн. наук проф. |
.3 Кз9?.■'улло |
[ |
|
И. В. Х А Р И 3 0 М Е Н О В |
|||
_ чмтзала |
J |
||
д-р техн. наук проф. |
|||
|
|
ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ И ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКА КУЗНЕЧНО-ПРЕССОВЫХ МАШИН
млшгиз
ГОСУДАРСТВЕННОЕ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ИЗДАТЕЛЬСТВО
МАШИНОСТРОИТЕЛЬНОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
Го*. ПУБЛИЧНАЯ.
{*>лу•: га-тiX4ч-чггская
| ЕИАИИОТйКА < • ГГР
В книге рассмотрены вопросы расчета и конструиро вания электрического привода, выбора аппаратуры упра вления и составления схем автоматизации и блокировки кузнечно-прессовых машин.
Наряду с рассмотрением теоретических вопросов при ведены практические примеры расчетов и некоторые справочные данные по проектированию.
Книга может быть использована работниками промыш ленных предприятий, а также учащимися машинострои тельных институтов и техникумов.
Главы 5,6 и 7 написаны Л. Б. Гейлером, остальные И. В. Харизоменовым
Рецензенты: Кафедра электрооборудования промышленных предприятий Ленинградского политехнического института и инж. В. Е. Стоколов
Редактор инж. О. В. Черняк
Редакция литературы по тяжелому машиностроению
Зав. редакцией инж. С. Я- ГОЛОВИН
I. ВЫБОР ТИПА ПРИВОДА КУЗНЕЧНО-ПРЕССОВЫХ МАШИН
ГЛАВА 1
УРАВНЕНИЕ ДВИЖЕНИЯ
§ 1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ
При работе кузнечно-прессовой машины в результате действия сил сопротивления пластической деформации металла и действия сил трения в механизмах машины на валу электродвигателя соз дается момент сил сопротивления Мс (приведенный).
При вращении вала электродвигателя с постоянной скоростью
крутящий момент М, |
развиваемый двигателем, |
равен и противопо |
||||
ложен приведенному |
моменту сил сопротивления М с (в дальней |
|||||
шем приведенный момент сил сопротивления |
будет именоваться |
|||||
моментом сопротивления М с). |
|
скоростью ни один |
||||
Очевидно, что при вращении с постоянной |
||||||
из этих двух |
моментов |
не может быть больше |
другого. Так, если |
|||
М с < 'М, |
то |
скорость |
вращения начала |
бы |
повышаться, а при |
|
М с > М |
имело бы |
место понижение скорости. |
||||
Если в рассматриваемоедягновение М > |
М с и скорость вращения |
электродвигателя повышается, то силы инерции движущихся уско ренно элементов машины ц. электродвигателя развивают так назы
ваемый д и н а м и ч е с к и ' й |
момент М 3, |
также противодействую |
|||||||
щий движущему моменту М. |
равенство: |
|
|
|
|
||||
Таким образом, может быть записано |
|
|
|
|
|||||
|
|
М = М с + М} |
|
|
|
|
|
|
|
или, используя выражение |
динамического момента, |
|
|
|
|||||
|
|
M=-.Me+ J ^ r . |
|
|
|
|
( 1) |
||
Это выражение носит название у р а в н е н и я |
д в и ж е н и я . |
||||||||
При отсутствии ускорения, когда |
= О, |
|
|
|
|
|
|||
такое движение |
называют |
у с т а н о в и в ш и м с я . |
|
|
|
||||
При |
Ф 0 имеет место |
п е р е х о д н о й |
п р о ц е с с , при- |
||||||
чем если |
da _ |
г, |
|
|
при |
da |
< |
. |
п |
> |
0, то возникает ускорение, а |
|
|
о — тор |
можение машины и электродвигателя.
3
В кузнечно-прессовых машинах переходные процессы возни кают при пуске и торможении машины, при каждом изменении момента сопротивления, обусловленном изменением сил пласти ческой деформации материала или неравномерностью движения ползуна.
Таким образом, кузнечно-прессовые машины с неравномерным движением рабочих органов во время работы непрерывно находятся
в состоянии переходного процесса. |
вращения |
электродвигателя |
|||
Зависимость п = |
/ (М) |
скорости |
|||
от момента |
на его валу называют м е х а н и ч е с к о й х а р а к |
||||
т е р и с т и к о й э л е к т р о д в и г а т е л я . |
момента сопро |
||||
Зависимость п — f (М с) |
скорости |
вращения от |
|||
тивления |
называют |
м е х а н и ч е с к о й х а р а к т е р и с т и |
к о й п р о и з в о д с т в е н н о й м а ш и н ы .
Моменты М и М с часто бывают связаны со скоростью вращения п
или с угловой скоростью ш сложными функциональными зависи мостями, вследствие чего уравнение движения также часто приобре тает значительную сложность.
У кузнечно-прессовых машин момент сопротивления М с обычно
представляет собой функцию линейного или углового пути или времени.
§ 2. ПЕРЕХОДНЫЕ ПРОЦЕССЫ
Вследствие сложного характера зависимостей, входящих в урав нение движения, определение продолжительности переходных про цессов представляет собой в ряде случаев весьма значительные трудности.
Решение этого уравнения является весьма простым, если в тече ние переходного процесса момент двигателя М и момент сопротив ления Мс являются постоянными величинами.
Время dt, соответствующее изменению угловой скорости на dm,
можно определить из уравнения движения по формуле
dt |
Jdta |
(2) |
|
М— Мс |
|||
|
|
Продолжительность всего переходного процесса при изменении скорости от соj до о g может быть найдена путем интегрирования последнего выражения:
со2
t ( |
Jd(0 |
J («2-- ml) |
|
r = J |
M — Mc ~ M - M c ■ |
|
|
(0, |
|
|
|
Момент инерции J кГм-сек2 и маховой момент GD2 кем2 связаны |
|||
известным соотношением: |
|
|
|
|
_ |
GP2 |
(3) |
|
— |
4g |
|
|
|
где GD2 — маховой момент системы в кгм2\ g — 9,81.
4
Учитывая последнее соотношение |
и выражая |
угловую скорость |
||||||||
- через |
скорость |
вращения |
в |
оборотах |
в |
минуту, |
получим |
|||
|
|
|
, |
|
GD2 |
(п2 — пг) |
|
|
(4) |
|
|
|
|
1 ~ |
375 |
(М — Мс) |
’ |
|
|||
|
|
|
|
|
||||||
где |
t — время переходного процесса |
в сек.; |
|
|||||||
М и М. |
соответственно |
момент двигателя |
и момент сопротивле |
|||||||
|
|
ния |
в кГм. |
|
|
|
|
tii = |
0; |
л2 = «, получим |
Подставляя |
в последнее выражение |
формулу для определения времени пуска электропривода при постоян
ном |
моменте двигателя |
М и моменте |
|
|
|
|
|
|||||||
сопротивления |
М с: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
, |
|
GD2n |
|
|
|
г |
|
|
|
|
|
|
|
|
~ |
375 ( М— Мс) ’ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Время самоторможения, т. е. время |
|
|
|
|
|
|||||||||
остановки |
машины |
после |
отключе |
|
|
|
|
|
||||||
ния |
электродвигателя |
под |
действием |
|
|
|
|
|
||||||
сил |
естественного |
трения, |
опреде |
|
|
|
|
|
||||||
ляют |
из |
формулы |
(4), |
подставляя |
|
|
|
|
|
|||||
в нее М = 0; |
щ = |
п\ |
п2 = |
0. |
|
|
|
|
|
|
||||
При этом |
получим |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
GD2n |
|
|
|
(6) |
Фиг. |
1. |
Определение |
времени |
||
|
|
tm |
375 Мс |
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
пускового |
процесса. |
||||||
Так как время самоторможения во многих случаях оказывается |
||||||||||||||
весьма значительным, то иногда |
применяют |
электрическое тормо |
||||||||||||
жение. В этом случае двигатель развивает момент, |
направлен |
|||||||||||||
ный против вращения. Для этого в формулу |
(4) |
следует подставить |
||||||||||||
тормозной |
момент, |
развиваемый |
электродвигателем, |
и |
принять |
|||||||||
«1 = |
п\ п2 = 0. Формула |
для определения |
времени |
торможения |
||||||||||
при |
этом |
примет |
вид |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
t |
= |
___G£>2w |
|
|
|
|
(7) |
|
|
|
|
|
|
|
т |
|
375 ( М + М с)' |
|
|
|
к ’ |
||
Если моменты |
М |
и |
М с во время |
переходного процесса изме |
няются, то по формуле (4) можно определить лишь достаточно малый отрезок времени ЬЛ, в течение которого моменты М и М с прибли
женно можно считать постоянными.
Допустим, что в процессе разгона моменты М и М с изменяются
в зависимости от скорости так, как это указано на фиг. 1. На оси ординат отложены: п„ — номинальная скорость; пу — установив
шаяся скорость; «о — синхронная скорость (скорость вращения поля). Необходимо определить время разгона машины до номиналь ной скорости.
Для решения этой задачи разбиваем участок оси ординат в пре делах от 0 до номинальной скорости вращения пн электродвигателя
на ряд одинаковых достаточно малых отрезков. В пределах каждого из этих отрезков принимаем, что моменты являются постоянными
о
величинами, равными среднему их значению. Для определения этих значений соответствующие участки кривых М и М с заменяют вер
тикальными отрезками, проведенными так, чтобы площади накрест лежащих криволинейных треугольников были равны.
Время разгона, соответствующее каждому из этих участков, теперь может быть определено по формуле
|
|
|
|
GD2A« |
|
|
|
|
|
|
|
(8) |
|
|
|
|
М " |
375 (М —Мс) |
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
Общее время пуска равно сумме отрезков времени Д/ и может |
|||||||||||||
быть |
определено |
по |
формуле |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
GD2bn ( |
1 |
|
1 |
|
|
|
|
|
|
(9) |
|
|
|
375 |
VMi— Мп |
М2- М С2Т |
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
где |
ЛД, М 2, |
и М гЛ, М, |
|
— средние |
значения |
движущего |
|||||||
момента и момента сопротивления на |
каждом из участков. |
|
|||||||||||
|
|
|
|
Точность |
расчета |
увеличивается по |
|||||||
|
|
|
|
мере уменьшения величины Дп и, сле |
|||||||||
|
|
|
довательно, |
по мере возрастания числа |
|||||||||
|
|
|
участков. |
для каждого |
отрезка |
Дп |
|||||||
|
|
|
|
Если |
|||||||||
|
|
|
|
(фиг. |
1) по формуле (8) |
определять соот |
|||||||
|
|
|
|
ветствующие |
значения |
Дt, то |
можно |
||||||
|
|
|
|
построить зависимость я = / (t). |
ука |
||||||||
|
|
|
|
Эта зависимость, |
построенная |
||||||||
|
|
|
|
занным выше способом, представит со |
|||||||||
|
|
|
£ |
бой ломаную линию |
(фиг. 2). По мере |
||||||||
|
|
|
уменьшения отрезков |
|
Дя |
эта |
ломаная |
||||||
Фиг. 2. График разгона элек |
линия в пределе обращается в кривую. |
||||||||||||
Кривая ассимптотически приближается |
|||||||||||||
|
тропривода. |
|
|
к горизонтали, проведенной через зна |
|||||||||
|
|
|
|
чение установившейся скорости пу. |
|||||||||
Рассмотренный |
выше способ |
может |
быть |
применен |
также |
||||||||
и к |
процессам торможения |
при |
изменении |
тормозного |
момента |
и момента сопротивления в зависимости от скорости. В этом случае согласно формуле (7) время торможения можно определить по фор муле
GD2\n |
|
1 |
( 10) |
|
375 |
V A ^+M c! |
1 М ,+ Мс2 |
||
|
||||
где М и М 2, . . . и M cv |
М с2, . . |
. — средние значения тормозного |
момента сопротивления на каждом из участков.
Часто требуется определять лишь приближенные значения времени переходных процессов. В этих случаях момент двигателя и момент сопротивления принимают постоянными в течение всего переходного процесса и равными приближенному среднему зна чению моментов, действующих в пределах данного изменения ско рости.
§
М о м е н т с о п р о т и в л е н и я кинематических цепей машин создается во время пуска и торможения силами трения в элементах
этих цепей. Величина этого |
момента зависит от качества сборки |
и смазки (от ее количества, |
качества и температуры). |
Как известно, коэффициент трения покоя значительно больше коэффициента трения движения. Поэтому и момент сопротивления кинематической цепи, находящейся в неподвижном состоянии, в 2—3 раза больше, чем при ее движении (фиг. 3). В случае прибли женного определения времени пуска момент сопротивления обычно считают постоянным. Увеличением его при низких значениях ско-
Фиг. 3. График ыо- |
Фиг. 4. График динамического |
мента сопротивле- |
момента, |
ния. |
|
роста вращения обычно пренебрегают, наблюдая лишь за тем, чтобы пусковой момент двигателя был больше момента сопротивления неподвижной кинематической цепи.
Во всех предыдущих случаях момент двигателя и момент сопро тивления в течение рассматриваемого промежутка времени явля лись постоянными величинами. Очевидно, что и динамический момент при этом также сохранял неизменное значение.
Допустим, что разгон происходит от пу до пг и динамический
момент при этом изменяется от М п до М л (фиг. |
4) |
в соответствии |
|||||
с уравнением |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
M j ^ a — bn. |
|
|
(11) |
||
Уравнение (2) в этом случае может быть переписано в виде |
|||||||
/1i |
_ Jda |
_ GD2d n __ |
|
GD2dn |
|
t , ^ |
|
a l |
~~ ~Wj |
='“ 375ТЙ j ~~ |
375 (a — bn) ' |
. ^ |
|||
Время переходного процесса можно определить из выражения |
|||||||
|
GD2dn |
GD2 |
~ • |
In (а — bn) j |
|
||
375 (я — Ьп) ~ 375 |
|
|
|
И2 |
|||
|
|
|
|
|
|
||
GD2 |
1 . |
а — Ьщ |
|
GD2 |
1 , |
Mjy |
(13) |
Ж ' Т ” |П о -bn » ^ |
|
|
|
||||
|
|
|
|
7
Угловой коэффициент Ь может быть определен согласно фиг. 4:
|
|
Ъ «= |
Mjl ~ М<2 . |
|
(14) |
|
|
|
п2 — tli |
|
' |
Подставляя значение этого коэффициента в формулу (13), полу |
|||||
чим |
|
|
|
|
|
|
+ |
GO2 |
я2 — Щ , |
Мл |
(15) |
|
~ |
375 ' |
МЛ — МЛ |
МУ2* |
|
|
|
||||
Из выражения (15) следует, что при Мп = 0 |
и при любом конеч |
||||
ном значении Л4Л имеем t = |
со. Это же имеет место и при любой |
||||
форме кривой |
зависимости |
п = f (Л4). |
|
|
|
Приведение маховых моментов. Инерционное действие любого |
|||||
движущегося |
элемента |
машины может |
быть |
заменено действием |
приведенного махового момента GD2 , которым обладает вообра
жаемый маховик, насаженный на ось электродвигателя и обладаю щий той же кинетической энергией, что и данный элемент машины.
Для элемента, вращающегося со скоростью п\ и обладающего маховым моментом GD\, приведенный маховой момент, как известно, определяется по формуле
GD2' — GD\ |
(16) |
где п — скорость вращения электродвигателя.
Для элемента весом G кг, поступательно движущегося со скоростью v м/мин,
приведенный маховой момент определяется по формуле |
|
||
GD2 |
|
|
(17) |
Общий маховой момент системы может быть определен по формуле |
|
||
GD2' = |
GD2 + GD\ -f GD\ |
-f . . . , |
(18) |
где GD2 — маховой момент ротора |
электродвигателя, |
указываемый в |
каталогах; |
GD\ , GD\ , . . . —приведенные к валу электродвигателя маховые моменты вращаю
щихся и поступательно движущихся элементов машины.
У кузнечно-прессовых машин маховой момент маховика, приведенный к валу электродвигателя, обычно составляет доминирующую часть приведенного махо вого момента машины.