Разработка высокоточной системы стабилизации мощности резания вальцетокарного калибровочного станка модели IK 825 Ф2

          K_v = K_mv* K_пv* K_иv , (2.2)

где: K_пv = 1 — коэффициент, отражающий состояние поверхности заготовки — без корки;

K_иv = 0.8 — коэффициент, учитывающий качество материала инструмента, используется резец марки Т14К8;

K_mv — коэффициент, учитывающий качество обрабатываемого материала (физико-механические свойства). 

^{,  (2.3)}

где  К_г = 1 — коэффициент, зависящий от обрабатываемого материала и материала инструмента;

?_В = 1100 МПа — предел прочности обрабатываемого материала;

n_В = 1.78 — показатель степени, зависящий от обрабатываемого материала и материала инструмента. 

Тогда, подставив (2.3) в (2.2), получим: 

          K_v = 0.52* 1* 0.8 = 0.41, (2.4) 

Тогда, с  учетом (2.1)—(2.4), получим: 

 ^{м/мин,  (2.5)} 

    Тогда, зная скорость резания V, определим тангенциальную составляющую силы резания F_z: 

           F_z = 10 * C_p * t^x * S^y * Vⁿ * Kp,  (2.6)

    где C_p = 200 — эмпирический коэффициент;

x = 1; y = 0.75; n = 0 — эмпирические коэффициенты.

К_p — поправочный коэффициент, учитывающий фактические условия резания. 

K_p = K_mp * K_?p * K_?p * K_rp * K_?p; (2.7)

где  K_?p, K_?p, K_rp, K_?p — поправочные коэффициенты, учитывающие влияние геометрических параметров режущей части инструмента на составляющие силы резания (резец из быстрорежущей стали марки Т14К8);

K_?p = 1.15 — передний угол в плане ? = 12-15?;

K_?p = 1 — угол наклона главного лезвия ? = 15?;

K_rp = 0.93 — радиус при вершине r = 1 мм;

K_?p = 1 — главный угол в плане ? = 45?;

K_mp — поправочный коэффициент, учитывающий влияние качества обрабатываемого материала на силовые зависимости. 

^{,  (2.8)}

где  ?_В = 1100 МПа — предел прочности обрабатываемого материала;

n = 0.75 — показатель степени, учитывающий влияние качества обрабатываемого материала на силовые зависимости. 

Тогда, подставив (2.8) в (2.7), получим: 

K_p = 1.33 * 1.15 * 1 * 0.93 * 1 = 1.425. (2.9) 

Подставив (2.1) — (2.5), (2.7) — (2.9) в (2.6), получим: 

   F_z = 10 * 200 * 12¹ * 34^0.75 * 8.66⁰ * 1.425 = 481670 кН. (2.10) 

    Тогда, зная скорость резания V и тангенциальную составляющую силы резания F_z, определим требуемую мощность резания (с учетом коэффициента полезного действия системы равного 0.9): 

 кВт. (2.11) 

    Поскольку расчет велся для самого тяжелого варианта, то можно выбирать двигатель, который проходит по мощности для этого варианта.

    Выбираем  двигатель [6] серии 4ПН 400 - 22 МУ3 со следующими параметрами:

• номинальная мощность двигателя Р_н = 70 кВт;
• номинальный ток двигателя I_н = 350 А;
• номинальное напряжение питания U_н = 220 В;
• момент инерции двигателя J_дв = 8.25 кг*м²;
• минимальная скорость вращения n_min = 250 об/мин;
• номинальная скорость вращения n_н = 750 об/мин;
• максимальная скорость вращения n_max = 1500 об/мин;
• пусковая перегрузочная способность ?_п = 2;
• номинальный коэффициент полезного действия ?_н = 93%.

    Произведем  проверку выбранного двигателя по нагреву  согласно тахограммы и нагрузочной  диаграммы, приведенных на Рис. 2.1, где:

• t₁ = 1 с — время разгона электродвигателя;
• t₂ = t₄ = 2 с — время работы электродвигателя на холостом ходу;
• t₃ = 3000 с — время работы электродвигателя с номинальной  нагрузкой;
• t₅ = 1 с — время торможения электродвигателя;
• I1 = 2Iн = 700 А — пусковой ток двигателя
• I2 = 0.1Iн = 35 А — ток холостого хода электродвигателя;
• I3 = 0.95Iн = 332 А — номинальный рабочий ток двигателя;
• I4 = 0.1Iн = 35 А — ток холостого хода электродвигателя;
• I5 = 1.9Iн = 665 А — тормозной ток электродвигателя.

 

    Тогда: 

         _(2.12) 

    Поскольку полученный эквивалентный ток меньше номинального тока двигателя, следовательно по нагреву данный двигатель подходит и выбран верно.

    Для питания двигателя выбираем комплектный  тиристорный преобразователь [2] серии ЭПУ1-2-4347 DУХЛ4 со следующими параметрами:

• Р_н = 92 кВт — номинальная мощность преобразователя;
• U_н = 230 В — номинальное выходное напряжение ТП;
• I_н = 400 А — номинальный выходной ток преобразователя.

    Для питания тиристорного преобразователя  выбираем вводной трансформатор  [2] ТСЗП - 160 / 0.743 со следующими параметрами:

• Р_н = 143 кВА — номинальная потребляемая мощность  трансформатора;
• U₁ = 380 В — напряжение первичной обмотки трансформатора;
• U_2ф = 230 В — напряжение вторичной обмотки трансформатора;
• I_2ф = 500 А — ток вторичной обмотки трансформатора;
• ?Р_хх = 795 Вт — потери холостого хода в трансформаторе;
• ?Р_кз = 2400 Вт — потери при коротком замыкании в  трансформаторе;
• U_кз = 4.5% — напряжение короткого замыкания трансформатора;
• I_хх = 5.2% — ток холостого хода трансформатора.

    Для сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения выбираем сглаживающий реактор [5] ФРОС - 125 / 0.5 У3 со следующими параметрами:

• I_н = 500 — номинальный ток сглаживающего реактора;
• L_н = 0.75 мГн — номинальная индуктивность сглаживающего  реактора;
• R_н = 3 мОм — номинальное сопротивление реактора.

 

 

    

3. СВЕДЕНИЯ  О СИСТЕМЕ ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ СТАНКА

 

    Характеристика  системы электропитания вальцетокарного  калибровочного станка модели IК 825 Ф2 приведена в табл. 3.1. 

Таблица 3.1 — Характеристика системы электропитания станка вальцетокарного калибровочного модели IК 825 Ф2.

 

    4. РАСЧЕТ ДИНАМИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ  СИСТЕМЫ 

    На  Рис. 4.1 приведена структурная схема  системы тиристорный преобразователь  — двигатель. Математическая модель проектируемой системы приведена на Рис. 4.2.

    Определим по эмпирическим формулам согласно [5] недостающие данные.

    Номинальная угловая скорость вращения двигателя: 

           ^1/с, (4.1) 

    Суммарное активное сопротивления якорной  цепи электродвигателя определим из условия распределения потерь, считая, что половина потерь в двигателе идет на нагрев обмоток. Тогда: 

       ^Ом (4.2) 

    Определим значение номинального магнитного потока: 

       ^В*с (4.3) 

    Время регулирования, то есть время, за которое  завершиться переходный процесс, составит: 

      ^с (4.4) 

    Определим коэффициент усиления тиристорного преобразователя как отношение среднего значения выпрямленного напряжения U_d0 к максимальному напряжению управления U_ум (поскольку планируется использование стандартной блочной системы регуляторов, то максимально допустимое напряжение U_ум составляет 8 В): 

           ^(4.5)

           ^(4.6)

    где  К_u = 0.428 — коэффициент схемы выпрямления. 

    Постоянную  времени тиристорного преобразователя  принимаем равной 0.007 с — время, достаточное для восстановления запирающих свойств тиристоров после прохождения полуволны напряжения через 0.

    Определим активное сопротивление фазы трансформатора: 

       ^Ом (4.7)

    где  В (4.8) 

    Тогда полное сопротивление фазы трансформатора составит: