2 Приближенная нагрузочная диаграмма
2.1 Расчет сил и моментов, действующих в электроприводе
В работе рассматривается ЭД, который приводит производственный механизм (в данном случае нижнюю руку) через определенный передаточный механизм (редуктор). Всю эту механическую систему считаем абсолютно жесткой. Так, как об ЭД пока ничего неизвестно, то силы и моменты, действующие в ЭП, будем сначала приводить к валу двигателя.
При расчетах будем учитывать следующие основные допущения:
-уравновешивающие силы не учитываются;
-трение в элементах передачи учитываются через КПД передачи;
-сечения элементов принимаем постоянными с расположением максимума по середине.
Рисунок 2.1 –Механизм поворота передней руки
Согласно рисунку 2.1 силы тяжести m2g, m3g,mгg создают относительно шарнира, в котором расположен разрабатываемый ЭП для передней руки, статический момент[4]:
Мст'=m2gl’2/2+m3g(l’2+l’3/2)+mгg(l’2+l’3), (2.1)
где
φ-угол поворота нижней руки; m1,
m2,m3-
массы нижней руки, верхней руки, груза;
l’2=
cosφ;
l’3=
cos
,
-длинны
нижней и верхней рук.
Момент инерции рассчитаем, считая звенья тонкими стержнями, а груз-точкой:
Jмех=m2
/12+m3/3(l’2+l’3/2)2+mг/3(l’2+l’3)2
(2.2)
Динамический момент и его максимальное значение в этом случае:
Мдин'=Jмехε, (2.3)
=Jмехεmax
(2.4)
Движение входного звена производственного механизма привода списывается уравнением равновесия моментов:
М'=Мст'+Мдин', (2.5)
где М',Mст',Mдин'-соответственно движущий, статический и динамический моменты, приведенные к входному валу двигателя.
Максимальный приведенный момент:
=
+
(2.6)
Подставив в формулы (2.1), (2.2), (2.4), (2.6) числовые значения, получаем:
Максимальный момент достигается при φ=0
=(43,5*1,55/2+14(1,55+0,5/2)+5*(1,55+0,5))9,81=678,45(Н*м)
Jмех=43.5*3.1/2+14(0.25/3+3.2)+5*(1.55+0.5)2=90.65(кг*м2)
=90,65*0,41=37,17(Н*м)
=678,48+37,17=715,65(Н*м).
2.2 Определение составляющих времени нагрузочной диаграммы
В данном подразделе необходимо определиться с циклом работы ЭП рассматриваемого ПР.
Согласно описанию техпроцесса (см.раздел 1) робот 1 выполняет следующие действия:
манипулятор робота специальными схватами берет поршни с поддона, при отсутствии поршня на поддоне рука робота проходит в зону захвата и ожидает появления поршня;
раскладывает их в ячейки четырех ящиков;
Выделим для цикла работы ЭП следующие участки:
а)
передняя рука из крайнего верхнего
положения( φ=65
)
над питателем катушек поворачивается
в крайнее нижнее положение (
φ=-65
),
отрабатывая тем самым требуемый по
заданию угол (
φ1=130
);
б) захватное устройство берет поршень (для передней руки это время первого простоя в цикле t01);
в)
движение передней руки обратно в верхнее
крайнее положение (
φ=65
);
г) поворот колонны для установки схвата над ячейкой ящика( это второй простой t02);
д)
передняя рука поворачивается вниз на
угол (
φ2=65
)
и при совместном движении верхней руки
устанавливает поршень в ячейку;
е) ЗУ отпускает поршень в ячейку (третий простой);
ж)
передняя рука возвращается в крайнее
верхнее положение (
φ=65
);
з) колонна поворачивается и устанавливает схват над ванной с поршнями (четвертый простой).
При отработке всех углов поворота передняя рука разгоняется до скорости ωmax с ускорением εmax. Тогда время разгона(пуска) и торможения звена можно найти по формуле:
tп=tт=
; (2.7)
с учетом числовых данных:
tп=tт=
=1,5(с).
Углы поворота передней руки за это время:
φп=φт=
; (2.8)
φп=φт=
=0.461(рад).
Время работы с постоянной по модулю угловой скоростью:
tp1=
, (2.9)
tp2=
; (2.10)
tp1=
=2,17
(с)
tp2=
=0,338
(с)
Полное время работы привода:
tп.р.=
+
=2(tп+tт+tp1)+tп+tт+tp2 (2.11)
где m и n-количество интервалов пуска(торможения) и количество рабочих интервалов соответственно
tп.р.=2*(1,5+1,5+2,17)+2*(1,5+1,5+0,338)=17 (с)
Найдем время цикла, с учетом продолжительности включения ЭП [6]:
tц=
*100%; (2.12)
tц=
*100=
100=48,5
(с).
Суммарное время простоя ЭП:
t0=tц-tпр=48,5-17=31,5 (c) (2.13)