Практическое занятие №9. Расчет мощности двигателя главного привода металлорежущего станка.

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 9
Тема:
Расчет
мощности
двигателя
главного
привода
металлорежущего станка.
Цель: Научиться анализировать режимы работы электродвигателей
станков; изучить методы расчета мощности двигателей, работающих в
длительном режиме с постоянной и переменной нагрузкой; выяснить, как и в
каких случаях производится проверка двигателей на перегрузочную
способность.
Студент должен знать:
- методику расчета мощности двигателя главного привода
металлорежущего станка;
уметь:
- рассчитывать
мощность
двигателя
главного
привода
металлорежущего станка;
- анализировать режимы работы электродвигателей станков;
- проверять двигатели на перегрузочную способность;
- пользоваться справочной литературой.
Теоретическое обоснование
Необходимая для работы станка мощность, а, следовательно, и
мощность, развиваемая приводным двигателем, в общем случае изменяются
в процессе обработки детали. При изготовлении однотипных деталей с
окончанием обработки одной из них станок останавливается, производится
измерение и смена заготовки, причем на это время (tо) отключается или
двигатель, или же отключается посредством фрикционной муфты шпиндель,
а двигатель продолжает работу на холостом ходу. Затем начинается
обработка новой детали в течение времени tр и т.д.
Для обеспечения нормальной работы станка при подобной переменной
нагрузке двигатель должен удовлетворять двум условиям:
а) развивать наибольшую мощность, требуемую в процессе обработки;
б) не перегреваться свыше нормы при работе с переменной нагрузкой.
В длительном режиме с постоянной нагрузкой работают главные
приводы крупных токарных, карусельных, зубофрезерных и других станков.
В длительном режиме с переменной нагрузкой работают двигатели
приводов средних токарных и других станков. Этот же режим характерен и
для продольно-строгальных станков.
В повторно-кратковременном режиме работают электроприводы
сверлильных, заточных станков, станков-автоматов. В кратковременном
режиме работают вспомогательные приводы станков.
Расчеты выполняются в следующем порядке:
1) Расчёт мощности двигателя, работающего в длительном режиме с
постоянной нагрузкой.
1.1) Мощность резания определяется по формуле:
Fz  10−3
Рz =
, кВт
60
(14.1)
1.2) КПД стенка определяется как произведение КПД отдельных
звеньев кинематической цепи при работе на данной скорости:
ηст = η1 · η2 · η3
(14.2)
1.3) Мощность на валу двигателя главного привода в установившемся
режиме с учётом потерь в передачах определяется по формуле:
Рд =
Рz
 ст
, кВт
(14.3)
1.4) Выбор мощности двигателя производится по условию:
Рн > Рд
(14.4)
при заданной скорости nc , об/мин.
Технические данные двигателей серии 4А приведены в приложении А.
(таблицы 1-2).
1.5) По данным расчётов строится нагрузочная диаграмма (см. рисунок
14.1).
Р,
кВт
Рн
Рg
Pz
t,мин
Рисунок 14.1 - Нагрузочная диаграмма
Проверка двигателя на перегрузочную способность в этом режиме не
требуется, так как в течение всего времени работы Рн> Pд.
Проверка на нагрев также не требуется, так как нагрузка на валу
двигателя не меняется, и температура двигателя достигает установившегося
значения.
2) Расчёт мощности двигателя, работающего в длительном режиме
с переменной нагрузкой.
2.1) Определяется мощность резания на каждом переходе:
Fz  10−3
Рzi =
, кВт
60
(14.5)
2.2) Определяется расчётная мощность на валу двигателя на каждом
переходе:
Рдi =
Рzi
i
, кВт
(14.6)
где ηi - КПД станка на i – том переходе.
Для определения КПД на каждом переходе условно принимают
максимальную мощность резания Pzi.max за номинальную мощность Рн при
номинальном КПД станка ηн (значение ηн принимается из исходных данных).
Затем рассчитывают коэффициенты загрузки на каждом переходе:
К зi =
Pzi
Pн
(14.7)
и определяют коэффициенты постоянных (а) и переменных (b) потерь:
а+b=
1 − н
н
(14.8)
Для практических расчётов можно принять, что:
а = 0,6 · (а + b)
(14.9)
b = 0,4 · (а + b)
(14.10)
Тогда КПД станка на каждом переходе определится по выражению:
i =
1
a
1+
+b
к зi
(14.11)
Далее определятся расчетная мощность на валу двигателя на каждом
переходе по формуле (14.6).
2.3) Мощность на валу двигателя в периоды пауз определяется из
выражения:
Р0 = а · Рzi max, кВт
(14.12)
где а – коэффициент постоянных потерь,
Рzi max – максимальная мощность резания, определённые в п. 2.2.
2.4) По результатам расчётов строится нагрузочная диаграмма (см.
рисунок 14.2).
2.5) По построенной диаграмме определяется эквивалентная мощность
двигателя за цикл работы:
Рэкв =
Рд21t р1 + Рд22 t р 2 + Рд23t р 3 + Рl20  t0
Тц
, кВт
(14.13)
Pg,кВт
Pg3
Pg2
Pg1
Po
to
Po
tp1
to
Po
tp2
to
Po
tp3
t,мин
Тцикла
Рисунок 14.2 - Нагрузочная диаграмма
2.6) Выбор мощности двигателя по условию нагрева производится так:
Рн  Рэкв
(14.14)
Технические данные двигателя принимаются по приложению А
таблицы 1-2.
2.7) Проверка двигателя на перегрузочную способность необходима в
том случае, если его номинальная мощность меньше расчётной мощности Pд.i
хотя бы на одном из переходов.
Проверка состоит в сравнении максимального статического момента
двигателя (Мст.макс), определённого по мощности Рдi.макс наиболее
загруженного перехода, с максимальным допустимым моментом для данного
двигателя (Ммакс) с учётом возможного снижения напряжения в сети на 10%.
При условии
Ммакс  Мст.макс
Выбранный двигатель устойчив к перегрузке.
Определение Ммакс и Мст.макс производится по формулам:
(14.15)
Ммакс = Мн · λ/
где
Мн =
9550  Рн
,Н  м
nн
λ/ = 0,81 λ
=
М мах
Мн
(14.16)
(14.17)
(14.18)
(14.19)
Значения Рн, nн, λ = Ммакс/Мн берутся из каталога на электродвигатель
или из таблиц 1-2 Приложения А.
0,81 – коэффициент, учитывающий возможное снижение напряжения в
сети на 10%.
М ст . мах =
9550  Рдi. мах
,Н  м
nн
(14.20)
Если условие (14.15) не выполняется, то необходимо принять двигатель
с ближайшей большей мощностью к Рн и вновь выполнить проверку
двигателя на перегрузочную способность.
Ход работы
1) Изучите теоретическое обоснование.
2) Выпишите данные для своего варианта.
3) Рассчитайте величины в соответствии с задачами 1, 2 и 3.
4) Для расчета следует пользоваться теоретическими сведениями. Расчет
параметров сопровождайте пояснениями.
5) Подготовьте ответы на контрольные вопросы.
6) Оформите отчет по практической работе.
Задача 1.
Выбрать двигатель главного привода фрезерного станка, проверить его
на перегрузочную способность. Построить нагрузочную диаграмму.
Исходные данные принять по таблице 14.1.
Таблица 14.1 - Исходные данные к задаче 1
Наименовани Усл. Ед.и
е
обоз
зм
н
Усилия
FZ1
Н
резания
на FZ2
Н
переходах
Скорости
υ1
резания
на υ2
переходах
м/ми
н
м/ми
н
-
1
2
3
4
220
0
300
0
120
140
310
0
400
0
130
145
250
0
380
0
126
150
280
0
410
0
140
155
Варианты
5
6
205
0
320
0
132
148
400
0
310
0
150
135
7
8
9
10
450
0
220
0
140
121
370
0
200
0
135
120
280
0
420
0
147
125
360
0
270
0
135
120
КПД станка ηн
0,7 0,75 0,8 0,82 0,7 0,75 0,7 0,8 0,85 0,8
при полной
нагрузке
Время
tр1
мин
1
0,7 0,6
1
0,7 0,9 1,2
1
0,7 1,2
резания
на tр2
мин
1,2 0,8 0,9 1,1 0,85 1,1 0,9 0,7 1,2
1
переходах
Время паузы t0
мин
1
0,7 0,8 0,9
1
1
0,8 0,6
1
0,7
Синхронная nс
об/м 150 100 150 150 150 100 150 150 100 150
скорость
ин
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
двигателя
Примечание. Двигатель в период пауз от сети не отключается.
Задача 2
Выбрать двигатель главного привода токарного станка, построить
нагрузочную диаграмму. Режим работы – длительный с постоянной
нагрузкой. Исходные данные принять по таблице 14.2.
Таблица 14.2 - Исходные данные к задаче 2
Наименование Усл. Ед.
Варианты
обоз изм 1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
н
Мощность
Рz
кВт 12
15
17
13
14 17,5 18
21 15,8 19
резания
Кпд
η1
0,9 0,95 0,91 0,85 0,88 0,95 0,9 0,95 0,8 0,8
отдельных
η2
- 0,85 0,88 0,9 0,88 0,8 0,81 0,9 0,95 0,9 0,92
звеньев
η3
- 0,92 0,9 0,92 0,93 0,95 0,89 0,85 0,8 0,95 0,9
кинематическ
ой
цепи
станка
Синхронная
nс
об/ 150 150 150 150 150 150 150 150 150 150
скорость
мин 0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
двигателя
Задача 3.
Выбрать двигатель шлифовального станка по заданному графику
нагрузки, проверить его на перегрузочную способность. Исходные данные
принять по таблице 14.5 и рисунку 14.3.
P,кВт
Рg1
Pg2
Po
Po
t,мин
to
tp1
to
tp2
Рисунок 14.3 - Нагрузочная диаграмма двигателя шлифовального
станка
Таблица 14.3 – Исходные данные к задаче 3
Наименование Усл. Ед.
Варианты
обоз изм 1
2
3
4
5
6
н
Мощность на
Рд1 кВт 8
10
12 10,5 11
12
валу
Рд2 кВт 6,5
8
6,5 8,1 7,5 6,8
двигателя
Рд0 кВт 1
1,2
1
1
1,5 0,9
Время резания tр1 мин 1,5
2
1,8 1,5
2
1,7
tр2 мин 1,4 1,8
1
1,2 1,6 1,3
7
8
9
10
10
7,5
1
1,8
1,5
9,5
7,8
1
2
1,6
9,8
6,5
1,5
1,5
1,1
9
7,3
2,0
2,0
1,4
Время пауз
Синхронная
скорость
0,9
150
0
1
150
0
0,6
150
0
0,8
150
0
t0
nс
мин 0,7
об/ 150
мин 0
1
150
0
0,5
150
0
0,8
150
0
0,8
150
0
0,9
150
0
Контрольные вопросы
1) Каким условиям должен удовлетворять двигатель при переменной
нагрузке?
2) Двигатели каких станков работают в длительном режиме с
переменной нагрузкой?
3) Двигатели каких станков работают в длительном режиме с
постоянной нагрузкой?
4) Двигатели каких станков работают в повторно-кратковременном
режиме?
Содержание отчета
1) Номер, тема и цель работы.
2) Решение задач с пояснениями.
3) Нагрузочные диаграммы к решению задач.
4) Ответы к решению задач.
5) Ответы на контрольные вопросы