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

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 12
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:
F z   103
Рz 
, кВт
60
(1)
1.2) КПД станка определяется как произведение КПД отдельных
звеньев кинематической цепи при работе на данной скорости:
ηст = η1 · η2 · η3
(2)
1.3) Мощность на валу двигателя главного привода в установившемся
режиме с учётом потерь в передачах определяется по формуле:
Рд 
Рz
, кВт

(3)
ст
1.4) Выбор мощности двигателя производится по условию:
Рн > Рд
(4)
при заданной скорости nc , об/мин.
Технические данные двигателей серии 4А приведены в приложении А.
1.5) По данным расчётов строится нагрузочная диаграмма (см. рисунок
1).
Р,
кВт
Рд
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:
Рzi 
F  103
z
60
, кВт
(5)
2.2) Определяется расчётная мощность на валу двигателя на каждом
переходе:
Рдi 
Рzi
, кВт
(6)

i
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
(7)
Pн
и определяют коэффициенты постоянных (а) и переменных (b) потерь:
аb
1  н
(8)
н
Для практических расчётов можно принять, что:
а = 0,6 · (а + b)
(9)
b = 0,4 · (а + b)
(10)
Тогда КПД станка на каждом переходе определится по выражению:
i 
1
a
1   b
кзi
(11)
2.3) Мощность на валу двигателя в периоды пауз определяется из
выражения:
Р0 = а · Рzi max, кВт
(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 2).
2.5) По построенной диаграмме определяется эквивалентная мощность
двигателя за цикл работы:
Рэкв 
2
2
Р2д1t р1  Рд2
t р 2  Рд3
t р3  Р02  t 0
, кВт
Тц
(13)
Pд,кВт
Pд3
Pд2
Pд1
tp1
tp2
tp3
t,мин
Тцикла
Рисунок 2 - Нагрузочная диаграмма
2.6) Выбор мощности двигателя по условию нагрева производится так:
Рн  Рэкв
(14)
Технические данные двигателя принимаются по приложению А.
2.7) Проверка двигателя на перегрузочную способность необходима в
том случае, если его номинальная мощность меньше расчётной мощности Pдi
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:
(15)
Ммакс = Мн · λ/
(16)
где
М 
9550 Рн
н
,Н  м
(17)
n
н
λ/ = 0,81 λ
(18)
М мах
Мн
(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
n
,Н  м
(20)
н
Если условие (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 1.
Таблица 1 - Исходные данные к задаче 1
Наименовани
е
Варианты
Усл. Ед.и
зм
обоз
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
н
Н
FZ1
2200 3100 2500 2800 2050 4000 4500 3700 2800 3600
Усилия
резания
на
переходах
FZ2
Скорости
υ1
резания
на
переходах
υ2
Н
3000 4000 3800 4100 3200 3100 2200 2000 4200 2700
м/ми н 120
м/ми н
130
126
140
132
150
140
140
145
150
155
148
135
121 120
135
0,7 0,75 0,8 0,82 0,7 0,75 0,7 0,8
КПД станка ηн
при полной
нагрузке
мин
Время
tр1
1
0,7 0,6
1
0,7 0,9 1,2
1
мин
1,2 0,8 0,9 1,1 0,85 1,1 0,9 0,7
резания
на tр2
переходах
Время паузы t0
мин
1
0,7 0,8 0,9
1
1
0,8 0,6
об/м
Синхронная nс
1500 1000 1500 1500 1500 1000 1500 1500
ин
скорость
двигателя
Примечание. Двигатель в период пауз от сети не отключается.
147
135
125
120
0,85
0,8
0,7
1,2
1,2
1
1
0,7
1000 1500
Задача 2
Выбрать двигатель главного привода токарного станка, построить
нагрузочную диаграмму. Режим работы – длительный с постоянной
нагрузкой. Исходные данные принять по таблице.2.
Таблица 2 - Исходные данные к задаче 2
Наименование
Мощность
резания
Кпд
отдельных
звеньев
кинематическ
ой
цепи
станка
Синхронная
скорость
двигателя
Усл.
обоз
н
Рz
Ед.
изм
1
2
3
4
кВт
12
15
17
13
η1
η2
η3
-
nс
Варианты
5
6
14
17,5
7
8
9
10
18
21
15,8
19
0,9 0,95 0,91 0,85 0,88 0,95 0,9 0,95 0,8 0,8
0,85 0,88 0,9 0,88 0,8 0,81 0,9 0,95 0,9 0,92
0,92 0,9 0,92 0,93 0,95 0,89 0,85 0,8 0,95 0,9
об/ 150
мин 0
150
0
150
0
150
0
150
0
150
0
150
0
150
0
150
0
Задача 3.
Выбрать двигатель шлифовального станка по заданному графику
нагрузки, проверить его на перегрузочную способность. Исходные данные
принять по таблице 14.5 и рисунку 3.
150
0
P,кВт
Рg1
Pg2
Po
to
Рисунок 3
станка
Po
tp1
to
tp2
- Нагрузочная диаграмма двигателя шлифовального
Таблица 3 – Исходные данные к задаче 3
Варианты
Наименование Усл. Ед.
обоз изм
1
2
3
4
5
6
н
Р
Мощность на
д1
кВт 8
10
12 10,5 11
12
Р
валу
д2
кВт 6,5
8
6,5 8,1 7,5 6,8
Р
двигателя
д0
кВт 1
1,2
1
1
1,5 0,9
t
Время резания
р1
мин 1,5
2
1,8 1,5
2
1,7
tр2
мин 1,4 1,8
1
1,2 1,6 1,3
Время пауз
Синхронная
скорость
t0
nс
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
мин 0,7
1
0,5 0,8 0,8 0,9 0,9
1
0,6 0,8
об/ 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500
мин
Содержание отчета
1) Номер, тема и цель работы.
2) Решение задач с пояснениями.
3) Нагрузочные диаграммы к решению задач.