2.2.6. ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ СТАНКОВ И КУЗНЕЧНО-ПРЕССОВОГО ОБОРУДОВАНИЯ

2.2.6.1. Специальное электрооборудование металлорежущих станков. Выбор мощности электродвигателя станка. Выбор системы электропривода. Аппараты управления электропривода

Специальное электрооборудование металлорежущих станков

По характеру выполняемых работ металлорежущие станки разделяются на токарные, строгальные, сверлильно-расточные, фрезерные, шлифовальные и другие. В станках различают два вида движений: основные, которые осуществляют процесс резания металла путем относительного перемещения заготовки и инструмента, и вспомогательные, которые в процессе резания непосредственно не участвуют, а осуществляют установку инструмента, подвод и отвод его от изделия, перемещение отдельных узлов станка и др.

Выбор мощности электродвигателя станка

Выбор типа электропривода и разработка схем автоматического управления металлорежущими станками производятся с учетом вида обработки металла и наличия основных и вспомогательных движений рабочих органов станка. При этом определяют мощность резания РZ, машинное время обработки детали tm и мощность на валу главного и вспомогательных электродвигателей.

Формулы для определения мощности резания и машинного времени зависят от вида обработки металла. Так, для токарной обработки РZ и tm можно определить по формулам:

PZ =		FZ v		кВт;	(2.2.6.1)
		60 102
tm =		L	мин,		(2.2.6.2)
	n S

где РZ —усилие резания и v — скорость резания находятся по эмпирическим формулам, различным для различных видов обработки; L — длина прохода в мм; n — скорость вращения изделия в об/мин; S — подача в мм/об.

Соответствующие формулы, определяющие мощность резания и машинное время, имеются и для других видов обработки металла.

Мощность на валу главного привода при установившемся режиме и номинальной мощности резания определится по формуле

PH = PZ ηСТ ,

(2.2.6.3)

где РH — номинальная мощность резания в кВт; ηСТ — КПД станка при номинальной нагрузке.

Для токарных, фрезерных и сверлильных станков КПД равен 0,7—0,8; для шлифовальных КПД равен 0,8 — 0,9 и для строгальных — 0,65 — 0,75.

250

Потери и усилия реакций, возникающие в механизме передач, учитываются общим КПД станка (кроме усилия резания при обработке деталей, возникают и другие усилия — реакция движения подачи, реакция со стороны детали, тангенциальное усилие и др.).

Основой для расчета мощности электродвигателя, как правило, служат нагрузочные диаграммы, построенные для установившегося режима работы привода (рис. 2.2.6.1).

Рис. 2.2.6.1. Нагрузочная диаграмма электропривода токарного станка

По этим диаграммам производят предварительный выбор мощности электродвигателя, после чего выбранный электродвигатель проверяют по нагреву и допустимой перегрузке с учетом переходных процессов.

Если для привода станка выбран асинхронный электродвигатель, то наибольшее кратковременно действующее значение мощности, полученной по нагрузочной диаграмме, должно быть меньше максимально допустимой мощности для данного электродвигателя. Кратковременно допустимая перегрузка асинхронного двигателя определяется максимальным или опрокидывающим моментом его (1,8 — 2,3) МH. С учетом допустимого падения напряжения в заводских сетях до 10% и коэффициента запаса 0,85 кратковременная перегрузка по мощности асинхронного электродвигателя не должна превышать (1,4 — 1,5) РH. Кратковременная перегрузка по току электродвигателей постоянного тока ограничивается условиями коммутации и не должна превосходить (1,8 — 2,5) IH.

Электродвигатели вспомогательных механизмов станка работают, как правило, в кратковременном режиме и выбираются с повышенным пусковым моментом и большой перегрузочной способностью для зажимных устройств.

Разработчики стремятся в станках приблизить электродвигатель к рабочему органу, т. е. сделать привод более компактным. В этих целях применяют электродвигатели следующих исполнений: фланцевые — с фланцем на щите или на станине и с фланцем и лапами; встроенные — станина электродвигателя является частью самого станка, а вал электродвигателя является одним из валов станка. Часто в шлифовальных станках шпиндель станка и

251

вал электродвигателя представляют собой одно целое.

Выбор системы электропривода. Обработка изделий на металлорежущих станках производится при так называемой экономичной скорости резания, которая достигается соответствующим регулированием скорости главного привода и привода подачи. Так, регулирование скорости вращения шпинделя станка осуществляют многоскоростными асинхронными электродвигателями (двух-, трехили четырехскоростными). В тяжелых станках для упрощения кинематической схемы главного привода используют электродвигатели постоянного тока с независимым возбуждением, позволяющие обеспечить плавное регулирование скорости. Применяют также регулирование скорости изменением тока возбуждения электродвигателя с постоянным напряжением на зажимах якоря, что дает возможность при неизменном токе в якорной цепи сохранить постоянную мощность на валу электродвигателя. Наряду с электрическим регулированием применяют и механическое регулирование при помощи коробок скоростей.

В шлифовальных станках для обеспечения постоянства скорости резания по мере износа круга необходимо менять скорость вращения электродвигателя в отношении (1,5 — 2):1 при постоянной мощности. Для этих станков применяют комплектные регулируемые приводы ПКВ с питанием электродвигателя постоянного тока от неуправляемого кремниевого выпрямителя и изменением скорости вращения двигателя ослаблением его поля. Привод ПКВ изготавливают на мощность от 6 до 14 кВт на напряжение 220/380В. В комплект привода ПКВ входят (рис. 2.2.6.2): электродвигатель постоянного тока, регулятор возбуждения Р и панель управления ПКВ.

Рис. 2.2.6.2. Привод ПКВ а — схема внешних соединений, б — панель управления

Подключение к сети привода ПКВ осуществляется через автоматический выключатель АВ с максимальным расцепителем и трансформатор ТТ с первичным напряжением 220/380В и вторичным 180В. Включение привода

252

осуществляется кнопкой КУ. Панель управления содержит выпрямительный блок 3, собранный на кремниевых диодах, и аппаратуру управления 1, защиты 2.

Вприводах подачи, как и в главных приводах, используют ступенчатое

ибесступенчатое регулирование скорости. В станках небольших или средних размеров (токарных, карусельных, сверлильных) подача режущего инструмента производится от главного привода через коробку передач. Характерной особенностью приводов подачи является регулирование скорости на значительной части диапазона при почти постоянном моменте нагрузки.

Ступенчатое электромеханическое регулирование скорости в механизмах подачи осуществляется двухили многоскоростными асинхронными электродвигателями, а также электродвигателями постоянного тока.

К простым средствам бесступенчатого регулирования скорости подачи относится электромагнитная муфта скольжения, связывающая асинхронный короткозамкнутый электродвигатель с механизмом подачи.

Для поддержания постоянства скорости в приводах подач с точностью ±5-10% на низких скоростях применяют системы автоматического регулирования скорости с электромашинными усилителями поперечного поля (ЭМУ). ЭДС ЭМУ (рис. 2.2.6.3) в установившемся режиме определяется суммой намагничивающих сил, развиваемой обмоткой управления 1ОУ и компенсационной обмоткой КО.

Рис 2.2.6.3. Схема регулирования скорости электродвигателя постоянного тока электромашинным усилителем

Обычно ЭМУ бывает перекомпенсирован, т. е. магнитный поток КО превышает поток продольной составляющей реакции якоря. Перекомпенсация ЭМУ регулируется реостатом PC и используется как положительная обратная связь по току, обеспечивающая более жесткую характеристику электродвигателя. Обмотка усилителя 2ОУ, включенная последовательно с конденсатором К, используется для стабилизации переходных процессов.

В установившемся режиме ток в обмотке 1ОУ равен

I1у =	UC −UO.C	,	(2.2.6.4)
	r1у
253

где Uс — задающее напряжение в В, Uc = U1 — Iс r1д; Uo.с — напряжение

обратной связи в В, Uo.с = U1 — Io.с r2д.

При уменьшении сопротивления r2д скорость двигателя снижается, так как отрицательная обратная связь по напряжению усиливается. С изменением величины напряжения обратной связи меняется и задающее напряжение Uc, так как ток Iс не остается постоянным. Большему задающему напряжению Uc соответствует большая скорость привода, и наоборот. Селеновые выпрямители 1ВС и 2ВС, каждый из которых работает при определенной полярности ЭМУ, предназначены для ограничения тока в якорной цепи. Эту систему привода применяют для двигателей мощностью до 1кВт с диапазоном регулирования 10:1.

У крупных станков, например карусельных, токарных, обрабатывающих детали больших размеров, для поддержания постоянной скорости резания по мере уменьшения диаметра обработки изделия необходима автоматическое увеличение скорости вращения электродвигателя. Для автоматического регулирования скорости шпинделя станка используют электропривод переменного тока с многоскоростными электродвигателями и постоянного тока с питанием по системе Г—Д.

Аппараты управления электроприводом. Для управления электроприводом металлорежущих станков применяют различные пусковые и регулирующие аппараты, принцип действия и исполнение которых зависят от вида управления станков. Так, например, для непосредственного ручного управления применяют простейшие аппараты-рубильники, переключатели, пакетные выключатели, пусковые и регулирующие реостаты с ручным управлением.

При автоматическом управлении станками применяют релейноконтактную аппаратуру — контакторы, пускатели магнитные, конечные и путевые выключатели, различные реле (промежуточные, времени, контроля скорости и др.), а также устройства, основанные на бесконтактных элементах, — бесконтактные путевые выключатели, логические элементы, магнитные усилители ВУМ.

В схемах управления электроприводом металлорежущих станков для управления гидравлическими и пневматическими механизмами (золотниками, клапанами, распределителями), для перемещения и переключения отдельных узлов станка и для торможения электродвигателей используют электромагниты переменного тока.

Для включения и реверсирования хода во многих станках применяют реверсивные электромагнитные муфты. Для реверсирования рабочего механизма ток в катушках электромагнитных муфт переключают путевыми выключателями, на которые воздействуют упоры, установленные на станке.

Защита электродвигателей от токов короткого замыкания осуществляется плавкими предохранителями. Для защиты электродвигателей постоянного тока и асинхронных электродвигателей с фазным ротором плавкую

254

вставку предохранителя выбирают с расчетом на номинальный ток электродвигателя, для защиты асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором плавкую вставку выбирают с расчетом на ток в 2 — 2,5 раза меньше пускового тока двигателя. Для защиты электродвигателей используют также установочные автоматы, расцепители которых рассчитаны на номинальный ток электродвигателя. Автоматы имеют максимальные и тепловые расцепители и отключают сразу все три фазы питающей линии.

Защиту электродвигателя от недопустимого перегрева при длительных перегрузках выполняют тепловые реле, встраиваемые в магнитные пускатели, с ручным возвратом после отключения электродвигателя.

Аппараты управления электроприводом станка размещают или непосредственно на станке, или в отдельно стоящих пультах и шкафах (станциях управления).

Унебольших станков с несложным ручным управлением аппараты управления обычно размещают непосредственно на станке. При этом кнопки управления или автоматы пуска располагают в местах, удобных для оперирования ими рабочим, а магнитные пускатели устанавливают сбоку или сзади станка, вблизи электродвигателя. На некоторых станках для размещения аппаратов управления предусматривают закрывающиеся ниши с отверстиями для вывода проводов управления.

Устанков со сложным автоматическим управлением пусковые аппараты размещают на панелях, пультах и в шкафах. При этом на панелях и пультах сосредоточиваются аппараты непосредственного действия (кнопочные станции, пакетные выключатели, ключи управления), а также сигнальные лампы и измерительные приборы. Панели обычно устанавливают на самих станках, а пульты и шкафы — рядом со станком.

Станции управления с размещенными в них аппаратами дистанционного управления (контакторами, автоматами, реле, сопротивлениями, выпрямительными устройствами и др.) располагают обычно рядом со станком.

Электропроводку к аппаратам управления, расположенным на станке (кнопки, пускатели, путевые выключатели и переключатели, электромагниты и др.), выполняют в стальных трубах или в гибких металлических рукавах, монтируемых по корпусу станка. В некоторых случаях для прокладки проводов в теле станка или отдельных его узлов предусматривают каналы, соединяющие между собой ниши с панелями и блоками управления.

Внешние проводки, соединяющие между собой аппараты управления, расположенные на станке, с отдельно стоящими пультами, шкафами, машинными агрегатами, а также с питающими силовыми пунктами, выполняют в стальных трубах, прокладываемых в полу. В тех случаях, когда станки располагаются более или менее правильными рядами или в связи с изменением технологии, предполагается их перестановка — для питания электроприводов станков применяют закрытые шинопроводы.

255

2.2.6.2. Схема управления двухскоростным асинхронным двигателем. Управление электроприводом в функции времени или скорости. Схемы электропривода токарного станка

Элементы схем автоматизированного управления В схемах автома-

тизированного управления станками осуществляются взаимосвязи в работе отдельных механизмов станка или различных режимов работы одного механизма. Эти связи носят общее название блокировочных связей и выполняются большей частью электрическим путем, реже механическим. Различают два основных режима работы станка — рабочий и наладочный (толчковый) режимы.

При рабочем режиме привод обычно находится в длительном или по- вторно-кратковременном режиме. Наладочный режим характеризуется кратковременными включениями ненагруженного привода и связан с опробованием отдельных узлов станка, установкой обрабатываемых изделий или инструмента. Наладочный режим осуществляют на небольшой скорости.

В качестве примера на рис. 2.2.6.4 показана схема управления двухскоростного электродвигателя, имеющего рабочий и наладочный (толчковый) режимы.

Рис. 2.2.6.4. Схема управления двухскоростным асинхронным электродвигателем

Наладочный режим выполняется нажатием двух кнопок «толчок ВП» (вперед) и «толчок НЗ» (назад) для двух направлений вращения. Наладочный режим обычно производится на пониженной скорости, поэтому реле РВ отключается выключателем В. Периодическим кратковременным нажатием кнопок «толчок ВП» или «толчок НЗ» включают контакторы 1К и 2К, чем обеспечивают пониженную скорость вращения двигателя.

256

Рабочий режим при повышенной скорости осуществляется кнопками ВП или НЗ при замкнутом выключателе В. При работе на пониженной скорости выключатель В отключают.

На рис. 2.2.6.5 показаны примеры согласования работы двух механизмов. Главный привод станка ДГ (рис. 2.2.6.5,a) может быть включен только после включения привода насоса смазки ДН.

Рис. 2.2.6.5. Схемы согласования работы двух механизмов:

а — главного привода и насоса смазки; б — главного привода и насоса подачи

Сначала кнопкой «Пуск 1» включают контактор КН двигателя насоса; в системе смазки растет давление, что фиксируется включением замыкающего контакта реле РД. Затем нажатием кнопки «Пуск 2» включают контактор КГ главного привода станка. В случае исчезновения давления в системе смазки отключается главный привод станка.

Во избежание поломки инструмента при резании главный привод должен останавливаться только после остановки привода подачи. При неработающем приводе подачи контактор главного привода КГ (рис. 2.2.6.5,б) после нажатия кнопки «Стоп общий» и отключения промежуточного реле РП

257

отключается без выдержки времени. Если же отключение главного привода производится при работающей подаче, то он отключится только по прошествии некоторого времени, обусловленного уставкой реле времени РВ. При нажатии на кнопку «Стоп общий» и последующем ее отпускании вновь включится реле РП. Если время на повторное включение промежуточного реле РП окажется меньше, чем время срабатывания реле РВ, то главный привод не отключится при отключении привода подачи. Для остановки главного привода требуется повторное нажатие на кнопку «Стоп общий» либо более длительное нажатие на ту же кнопку в первый раз. Включение контактора подачи КП осуществляется нажатием на кнопку «подача».

Автоматизация привода станков осуществляется в функции пути времени и скорости.

Автоматическое управление в функции пути является одной из самых распространенных форм электрической автоматизации станков. Основным органом управления в этих схемах являются путевые и конечные выключатели.

На рис. 2.2.6.6 представлены простейшие элементы управления станками в функции пути.

Рис. 2.2.6.6. Элементы управления станком в функции пути

Движущийся элемент станка А (рис. 2.2.6.6,a и 2.2.6.6,б), перемещаемый электродвигателем, при нажатии на кнопку «пуск» должен начать двигаться из положения 1 в положение 2, где движение элемента должно прекратиться в результате воздействия на конечный выключатель ВК2. Действие размыкающего контакта выключателя ВК2 подобно действию кнопки «стоп», нажимаемой в момент, когда движущийся элемент станка приходит в положение 2. Для вращательного движения элемента станка, при котором от нажима пусковой кнопки он должен повернуться на некоторый заданный

258

угол, схема установки выключателя и воздействующего на него кулачка показана на рис. 2.2.6.6,в. Если угол поворота вала 1 больше 360°, то вал связывается с барабаном 2 посредством механизма передачи 3 (рис. 2.2.6.6,г). В пазах на барабане 2 укрепляются кулачки, которые при поворотах барабана на определенный угол замыкают контакты 4 в той или иной последовательности. Такое устройство называют путевым командоаппаратом.

Для автоматизации процессов пуска электродвигателя и работы станка в функции времени (требующих выдержки времени) применяют реле времени: пневматические с выдержкой от 0,4 до 180 с; маятниковые – с электромагнитным приводом и выдержкой от 2 до 10 с; электромагнитные с выдержкой 5 — 12 с; моторные – с выдержкой от 1,5 с до 3 — 5 ч и электронные – с выдержкой от 1,5 до 180 с.

На рис. 2.2.6.7,a показана схема включения в функции времени асинхронного короткозамкнутого электродвигателя с пусковым сопротивлением в статоре.

Рис. 2.2.6.7. Управление электроприводом в функции: а — времени, б — скорости

При нажатии на кнопку «пуск» включается контактор Л, который своими главными контактами включает электродвигатель через активное сопротивление R. Параллельно катушке Л включена катушка пневматического или

259

маятникового реле времени РУ, которое называют реле ускорения. По истечении установленной выдержки времени контакт РУ замыкается и включает катушку контактора У, главные контакты которого шунтируют сопротивление R.

Командным аппаратом в системе автоматического управления в функции скорости является реле контроля скорости.

На рис. 2.2.6.7,б дана схема управления асинхронным электродвигателем с реверсом и торможением – противовключением – при помощи индукционного реле скорости. При нажатии кнопки ВП контактор КВ (вперед) включает электродвигатель. Как только двигатель начнет вращаться, оба контакта реле скорости РСВ (замыкающий и размыкающий) сработают. Однако кон-

тактор КН (назад) не включится, так как разомкнут размыкающий блокконтакт КВ. При нажатии на кнопку «стоп» контактор KB отключает электродвигатель от сети, а своим размыкающим блок-контактом включает контактор КН на вращение электродвигателя в обратную сторону. Происходит торможение двигателя противовключением, двигатель быстро затормозится. При снижении скорости до определенной величины, близкой к нулю, реле размыкает замыкающий контакт РСВ. Контактор КН отпадает и отключает двигатель от сети. При нажатии кнопки «назад» схема работает аналогично описанному выше. При этом роль тормозного контактора выполняет КВ, а

управлять процессом торможения будут контакты РСН реле скорости.

2.2.6.3. Электропривод токарного станка. Электропривод продольнострогального станка. Электропривод сверлильного станка. Электропривод шлифовального станка. Электропривод фрезерного станка

Электропривод токарного станка

Основной особенностью токарных станков является совмещение главного движения вращения обрабатываемого изделия с поступательным перемещением суппортов, обеспечивающих подачу резцов. Главный привод малых и средних станков осуществляется от короткозамкнутых асинхронных электродвигателей. Регулирование скорости вращения шпинделя выполняют переключением шестерен, реже — многоскоростным асинхронным электродвигателем с переключением числа полюсов. Перемещение суппорта и привод насоса охлаждающей жидкости выполняют вспомогательными асинхронными электродвигателями. Фрикционные муфты, отделяющие двигатель от остальной кинематической цепи, служат для остановки станка или его реверса.

Для тяжелых станков применяют бесступенчатое регулирование электропривода по системе Г — Д или изменением тока возбуждения двигателя постоянного тока. Диапазон регулирования скорости вращения шпинделя тяжелых токарных станков составляет в среднем (60—100):1.

На рис. 2.2.6.8 показана упрощенная схема главного привода тяжелого

260

токарного станка с электродвигателем постоянного тока мощностью 150— 200 кВт, питаемого по системе Г—Д.

Рис. 2.2.6.8. Схема управления приводом тяжелого токарного станка

Обмотку возбуждения генератора ОВГ питает электромашинный усилитель с поперечным полем ЭМУ. На обмотку ОУ-1 ЭМУ подается разность задающего напряжения постоянного тока, снимаемого с потенциометра РВГ, и напряжения, пропорционального скорости вращения двигателя Д. Такая схема обеспечивает постоянство заданной скорости вращения при изменении нагрузки. Перемещением движка потенциометра РВГ (обычно для этой цели применяют серводвигатель) изменяют заданное напряжение, а следовательно, и скорость вращения двигателя Д. Скорость вращения выше основной изменяют реостатом РВД, включенным в цепь обмотки возбуждения двигателя ОВД. Обмотка ОУ-2 ЭМУ осуществляет ограничение тока в цепи якоря двигателя Д. На зажимы этой обмотки подаются разность эталонного напряжения, снимаемого с потенциометра ПТ, и напряжения обмоток дополнительных полюсов машины, пропорционального току двигателя. Когда ток превосходит определенную величину, пропорциональное ему напряжение становится больше эталонного, обмотка ОУ-2 действует встречно задающей обмотке ОУ-1 и уменьшает напряжение на зажимах якоря ЭМУ, что приводит к уменьшению напряжения возбуждения генератора Г. Когда ток мал и пропорциональное ему напряжение меньше эталонного, воздействие

261

на обмотку ОУ-2 напряжения, снимаемого с потенциометра ПТ, исключается при помощи выпрямительного устройства В2.

Обмотка ОУ-3, включенная через стабилизирующий трансформатор ТС, ускоряет протекание переходных процессов и предотвращает возникновение колебаний в системе автоматического регулирования. В схеме управления предусмотрены блокировки с насосом и вентилятором.

Электропривод продольно-строгального станка

Продольно-строгальные станки работают с повторяющимися циклами, каждый из которых включает в себя прямой (рабочий) ход стола, на протяжении которого происходит обработка детали, и обратный (холостой) ход станка. Скорость рабочего хода (скорость резания) устанавливается технологией обработки данного изделия. Скорость обратного хода значительно больше скорости прямого хода.

На рис. 2.2.6.9 показана схема управления приводом продольнострогального станка с электродвигателем постоянного тока параллельного возбуждения.

Требуемые скорости рабочего и холостого хода достигаются соответствующей установкой движков реостата возбуждения РВ. Регулирование скорости обычно ведется в диапазоне 3:1. При пуске электродвигателя контакторы ускорения 1У и 2У включаются электромагнитным реле 1РУ и 2РУ с выдержкой времени.

Таким образом, пуск электродвигателя происходит с включенным полным сопротивлением С в цепи якоря. Затем контакторами 1У и 2У шунтируются по очереди 1-я и 2-я ступени сопротивления. Контакторы 1УП и 2УП, включающие реле ЗРУ и 4РУ, обеспечивают разгон электродвигателя до нужной скорости, вводя двумя ступенями сопротивление реостата РВ в цепь возбуждения двигателя.

Реостат РВ снабжен двумя движками, что позволяет устанавливать независимо друг от друга любые скорости рабочего и обратного хода. При остановке двигателя происходит динамическое торможение, при этом отключенный от сети якорь электродвигателя замыкается на тормозное сопротивление СТ, а обмотка возбуждения включается на полное напряжение сети. Реверс осуществляется барабанным путевым переключателем хода nx. Переключатель хода управляется установленными на столе упорами.

В конце хода «вперед» от воздействия упора поворачивается барабанный переключатель хода. Его контакт nx-1 размыкается и отключает контакторы 1В — 2В хода «вперед»; другие его контакты nx-2 и nx -4 замыкаются и включают контакторы 1Н и 2Н хода «назад». В конце обратного хода соответственно размыкаются контакты nx-2 и замыкаются контакты nx-1 и nx-3. При замкнутом положении переключателя ПУ возможно управление при помощи кнопок РХ и ОХ с самоблокировкой в установочном режиме.

При отключении контакторов «вперед» и «назад» 1В — 2В и 1Н — 2Н отключается контактор КЗ. Его главный контакт размыкается и вводит в

262

Рис. 2.2.6.9. Схема управления приводом строгального станка с электродвигателем постоянного тока

цепь обмотки возбуждения так называемое экономическое сопротивление СЭ. Включение этого сопротивления в цепь двигателя, когда он находится в неподвижном состоянии, уменьшает ток возбуждения и, следовательно, на-

263

грев и потери в этой цепи.

Каждый раз, когда контакторы хода 1В — 2В и 1Н — 2Н отключаются, замыкается цепь контактора динамического торможения ДТ (реле динамического возбуждения РТ возбуждено, пока якорь двигателя вращается). Контактор ДТ своими главными контактами замыкает якорь на тормозное сопротивление СТ. Напряжение на якоре уменьшается пропорционально снижению скорости вращения двигателя. При снижении скорости до минимальной величины реле РТ отпадает и отключает контактор ДТ. Подача суппортов станка производится обычно в конце обратного хода в течение короткого промежутка времени. Во избежание поломки резцов процесс подачи должен закончиться к началу нового рабочего хода.

Электропривод сверлильного станка

В сверлильных станках главный привод осуществляет вращение режущего инструмента-сверла, движение подачи выполняется непрерывным поступательным перемещением сверла в направлении оси его вращения. Главный привод осуществляется от асинхронных короткозамкнутых электродвигателей; регулирование скорости в диапазоне 60:1 и выше производится переключением шестерен коробки скоростей.

Привод подачи выполняют от отдельного асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором.

На рис. 2.2.6.10 показана электрическая схема управления радиальносверлильным станком.

Рис. 2.2.6.10. Схема управления приводом многодвигательного ради- ально-сверлильного станка

264

Включение производится главным выключателем ВП; цепи управления включаются контактами реле напряжения РН. Реле РН включается через дополнительный контакт ВП. При прекращении подачи напряжения или при значительном его снижении контакт реле РН размыкается и отключает цепи управления. При восстановлении напряжения питание реле РН может быть обеспечено только повторным включением ВП.

Управление двигателем шпинделя, подъема и опускания траверзы производится переключателем КП. Поворот рукоятки переключателя «влево» приводит к включению пускателя 1В и к пуску двигателя шпинделя 1Д. При повороте рукоятки переключателя «вправо» шпиндель начнет вращаться в обратную сторону.

Включение переключателя КП «вверх» или «вниз» обеспечивает пуск электродвигателя траверзы 2Д в сторону ее подъема или опускания. При достижении траверзой верхнего положения размыкается контакт конечного выключателя 1ВК и дальнейшее передвижение траверзы прекращается. Аналогично при достижении траверзой нижнего положения двигатель отключается конечным выключателем 2ВК. При установке переключателя КП в среднее положение, если он до этого был установлен в положение «вниз», замкнется контакт 6П1 и двигатель траверзы реверсируется. В этом случае специальным механическим устройством отключается механизм переключения траверзы и начнется ее автоматический зажим. По окончании зажима контакт 6П1 разомкнется и двигатель отключится. Отжатие траверзы происходит при перемещении переключателя КП «вверх» или «вниз». Колонна и сверлильная головка зажимаются гидравлическими устройствами, приводимыми в действие двигателем ЗД.

Электропривод шлифовального станка

В большинстве шлифовальных станков в качестве главного привода шлифовального круга используют нерегулируемый асинхронный короткозамкнутый электродвигатель. При больших диаметрах шлифовальных кругов (1000мм и более) скорость вращения шлифовального шпинделя ниже или равна скорости приводного двигателя (около 1000об/мин). При малых диаметрах шлифовальных кругов в небольших станках применяют ускоряющие передачи от двигателя к шпинделю или устанавливают специальные быстроходные электродвигатели, у которых вал шлифовального шпинделя является продолжением вала двигателя. В последнем случае конструктивно короткозамкнутый электродвигатель и шлифовальный шпиндель объединяют в одно устройство — электрошпиндель. Скорость вращения электрошпинделя 30000 — 48000об/мин, а при малых диаметрах шлифовального круга — до 120000 об/мин. Двигатель электрошпинделя питают от специального синхронного генератора повышенной частоты 400 — 1200 Гц.

Подача на шлифовальных станках (вращение обрабатываемого изделия, продольное и поперечное перемещение шлифовальной бабки) регулируется в диапазоне от 8:1 до 30:1 и выше. В качестве регулируемого привода для

265

вращения изделий применяют многоскоростные асинхронные электродвигатели и привод с электромагнитной муфтой скольжения, а также электродвигатели постоянного тока.

Особенностью электрооборудования плоскошлифовальных станков является применение электромагнитных столов, позволяющих быстро и просто обеспечить надежное закрепление обрабатываемого изделия. Конструкция электромагнитного стола показана на рис. 2.2.6.11.

Рис. 2.2.6.11. Электромагнитный стол

В нижней неподвижной направляющей чашке 1 установлены неподвижно семь электромагнитов 2; шесть из которых расположены в зоне шлифования для удерживания шлифуемых изделий. После обработки изделия проходят над седьмой катушкой, создающей магнитный поток противоположного направления. Изделия размагничиваются и легко отделяются от стола.

На рис. 2.2.6.12 показана схема управления одношпиндельным плоскошлифовальным станком с электромагнитным столом.

Вращение шлифовального круга осуществляется от асинхронного короткозамкнутого электродвигателя, имеющего в цепи статора трехфазное сопротивление ПС для ограничения пускового тока. При нажатии кнопки «пуск» включается контактор В1, получает питание реле РВ и двигатель шлифовального круга пускается в ход при ограниченном пусковом токе. По

266

267

Рис 2.2.6.12. Схема управления одношпиндельным плоскошлифовальным станком:

1 — электродвигатель шлифовального круга, 2 — электродвигатель подъема и опускания траверзы, 3 — электродвигатель вращения стола; 4 — электродвигатель поступательного перемещения стола; 5 — электродвигатель насоса охлаждения

истечении установленной выдержки времени включается контактор К1, шунтирующий пусковое сопротивление ПС, и двигатель получает полное напряжение. При нажатии кнопки «стоп» двигатель отключается с последующим свободным выбегом в течение 50 — 55 с. Быстрое торможение электродвигателя противовключением достигается нажатием кнопки «стоп» до отказа.

Управление двигателем траверзы производится ручным переключателем без самовозврата. В конечном положении траверзы (шлифовальной бабки) упор, находящийся на ней, воздействует на рычаг переключателя, размыкает его и отключает электродвигатель перемещения траверзы. Управление электродвигателем возвратно-поступательного движения стола аналогично предыдущему. Размагничивание деталей на столе производится кратковременным реверсированием тока в обмотке электромагнитного стола. Управление электроприводом насоса, подающего жидкость для охлаждения обрабатываемого изделия и шлифовального круга, осуществляется контактором КЗ при нажатии кнопок «пуск» и «стоп».

Электропривод фрезерного станка

По конструктивному выполнению фрезерные станки делятся на верти- кально-фрезерные и продольно-фрезерные.

Увертикально-фрезерных станков для привода шпинделя применяют фланцевый электродвигатель, устанавливаемый на самом верху станины. Привод всех механизмов станка (вращения шпинделя, рабочей подачи, перемещения стола, гидронасоса и насоса охлаждения) выполняют асинхронными короткозамкнутыми электродвигателями.

Упродольно-фрезерных станков стол, на котором закрепляют обрабатываемые изделия, совершает возвратно-поступательное перемещение по продольным направляющим станины. Привод подачи стола небольших станков выполняют от регулируемого многоскоростного асинхронного электродвигателя, средних и тяжелых станков — от двигателя постоянного тока, скорость которого регулируется изменением подводимого напряжения и ослаблением магнитного потока.

Привод каждого шпинделя осуществляется от асинхронного короткозамкнутого электродвигателя мощностью до 40 кВт. На поперечных бабках применяют нерегулируемые асинхронные электродвигатели мощностью до 28 кВт. Подачи горизонтальных бабок и траверзы осуществляются от отдельных электродвигателей постоянного тока.

2.2.6.4. Электропривод молотов и кривошипных механизмов. Электропривод прессов и насосно-аккумуляторных станций

Электропривод молотов и кривошипных механизмов

Молоты, прессы, штамповочные и кузнечно-прессовые машины работают в режиме резко переменной ударной нагрузки; периоды кратковремен-

268

ной нагрузки (пиков) чередуются с более продолжительными периодами пауз и холостого хода. Для преодоления пиков нагрузки молотов и аналогичных им механизмов требуется двигатель завышенной мощности. Толчки его нагрузки вызывают резкие колебания напряжения в сети. Поэтому на молотах, кривошипных прессах и подобных механизмах устанавливают маховики, которые в период снижения нагрузки и увеличения скорости запасают кинетическую энергию, а затем в период пиков нагрузки передают ее на вал привода механизма.

Диаграмма работы электродвигателя на механизмах с ударной нагрузкой показана на рис. 2.2.6.13.

Рис. 2.2.6.13. Диаграмма работы привода с ударной нагрузкой

На диаграмме приняты следующие обозначения:

P1 — механическая мощность, необходимая для покрытия пиковой нагрузки, в кВт; Pср — средняя мощность электродвигателя за цикл в кВт; P0 — мощность холостого хода в кВт; t1 — продолжительность удара в с; t0 — продолжительность холостого хода в с; tц = t1 + t0 – полное время цикла в с.

Заштрихованная площадь ниже линии средней мощности Рср соответствует величине избыточной работы Аизб, которая переходит в кинетическую энергию, запасаемую маховиком во время холостого хода. Площадь выше линии Рср соответствует недостающей работе Анед в момент пиковой нагрузки при ударе. Недостающая работа Анед восполняется кинетической энергией, запасенной маховиком и отдаваемой при ударе. Очевидно, что

Aизб = Aнед.

При определении мощности электродвигателя обычно бывают заданы

следующие величины:	А, Дж.
Работа механизма за цикл......................
Продолжительность холостого хода.....	t0, с.
269

Продолжительность удара ..................... t1, с. Продолжительность цикла ................ tц = t0 + t1, с. Скорость вращения двигателя n, об/мин.

(Один джоуль (1 Дж) соответствует одному ньютон-метру (н м) или 0,102 килограмм-сила-метра (кгс м)).

Приближенно величину мощности электродвигателя можно определить по формулам:

PСР =	M СР (кгс			м)n	;		(2.2.6.4)
	975
PСР =		M СР (н м) ω				,	(2.2.6.5)
	1000

где Мcр (кгс м) — вращающий момент электродвигателя в кгс м; Мср (н м)

— вращающий момент электродвигателя в н м; n — скорость вращения в

2π n

об/мин; ω — угловая скорость вращения в рад/с

ω =

.

60

Средний Мср и максимальный М1 (пиковый) момент могут быть опреде-

лены по формулам:

M0

t0

+1

t

M ср = M1

M

1

1

;

(2.2.6.6)

t0

+1

t

1

M1 =

A

.

(2.2.6.7)

ωt

1

Для учета неравномерности нагрузки и дополнительного нагрева при пиковых нагрузках мощность электродвигателя Рср необходимо увеличивать на 10—30%.

Рд = (1,1…1,3) Рср.

(2.2.6.8)

По каталогу выбирается электродвигатель ближайшей мощности и проверяется на динамическую устойчивость. Электропривод считается устойчивым, а двигатель приемлемым, если максимальный момент М1, развиваемый за цикл работы механизма, меньше опрокидывающего (критического) момента Мк электродвигателя. Если же опрокидывающий момент у выбранного электродвигателя окажется меньше пикового момента, то необходимо повысить мощность электродвигателя или применить для выравнивания нагрузки маховик.

Пример 3. Определить мощность электродвигателя для привода эксцентрикового пресса, который должен совершить за один ход работу 60000 Дж. Число ходов в минуту 20. Продолжительность удара t1 = 1с. Синхронная скорость вращения электродвигателя ω0 = 157рад/с (1500об/мин), а с учетом скольжения ω =152 рад/с (1450об/мин). Момент холостого хода М0 = 0.

Решение. Продолжительность цикла при 20 ударах в минуту (т. е. за 60 270

с)

tц = 60:20 = 3 с.

Продолжительность холостого хода

t0 = tц -1 = 3 - 1=2 с.

Максимальный момент

M1 =	A	=	60000	= 395 н м.
			152 1
	ωt1

Момент при средней нагрузке

M 0

t0

+1

0

2

+1

M1

t1

M ср = M1

= 395

395 1

=132 н м.

t0

+1

2

+1

t

1

1

Средняя расчетная мощность электродвигателя

Pср = M ср ω = 132 152 = 20кВт. 1000 1000

Необходимая мощность электродвигателя

Рд = (1,1…1,3) Рср = (1,1…1,3) 20 = 22…26 кВт.

Выбираем по каталогу электродвигатель, ближайший по мощности: Рн =22 кВт, n =1500 об/мин, скольжение s = 3,3%. Отношение критического момента к номинальному M K M H = 2 пли Мк = 2 МН.

Проверяем выбранный электродвигатель на динамическую устойчивость. Номинальный момент электродвигателя

	M H =	1000 22	=145н м,
		152

откуда МК = 2МН =2 145 = 290 н м, т. е. опрокидывающий момент Мк = 290 н м меньше пикового момента M1 = 395 н м. Для преодоления пиковой нагрузки необходимо применить маховик. Размеры маховика могут быть уменьшены, если для привода механизма принять электродвигатель с повышенным скольжением. При ударных нагрузках такой электродвигатель значительно снижает свою скорость, а маховик, отдавая накопленный запас кинетической энергии, совершает необходимую работу. Аналогичные результаты получаются при введении в ротор электродвигателя с фазным ротором сопротивления, что также приводит к увеличению скольжения.

Пуск в ход маковичного привода относится к числу тяжелых, так как электродвигателю приходится преодолевать значительные инерционные массы электродвигателя, механизма и маховика.

Кривошипные прессы приводятся в движение асинхронными короткозамкнутыми электродвигателями, реже электродвигателями с фазным ротором. Кроме главного привода, эти прессы имеют вспомогательные электродвигатели для привода регулировки ползуна, привода стола, насоса смазки ползуна и др. Управление фрикционной муфтой осуществляется электромагнитными переключателями пневмосистемы. Автоматизацию управления

271

кривошипных прессов выполняют в функции угла поворота кривошипного вала командоаппаратами, связанными зубчатой передачей с кривошипным валом. На валу командоаппарата установлены кулачки — при повороте кривошипного вала выступы этих кулачков нажимают ролики конечных выключателей.

Электрооборудование прессов-автоматов более простое. Электродвигатель этих прессов обычно вращается непрерывно. Включение его производится магнитным пускателем. Для нагревания заготовок в автоматические прессы иногда встраивают электрические нагревательные устройства.

Электрооборудование и автоматизация гидравлических прессов и насосно-аккумуляторных станций

Гидравлические прессы в основном автоматизируются в функции пути, для чего используются конечные выключатели. Управление прессами осуществляют при помощи контакторов, реле, автоматов и т. п., гидросистема пресса выполняет силовые функции. Управление гидросистемой осуществляют с помощью золотников, перемещаемых одним или двумя электромагнитами. Золотники гидросистемы можно перемещать также при помощи кулачков и рукояток.

На рис. 2.2.6.14 показана схема управления гидравлическим прессом для пластических масс с усилием 400т.

Для привода насосов высокого и низкого давления пресса используют асинхронный короткозамкнутый электродвигатель, включаемый контактором К при нажатии кнопки 2КУ. Переключателем ПУ можно выбрать режим работы с выталкивателем (секции 1 и 2 замкнуты) и без выталкивателя (секция 1 замкнута, секция 2 разомкнута), а также наладочный режим кнопки управления (секции 1 и 2 разомкнуты).

Управление главным цилиндром и цилиндром выталкивателя производится двумя трехпозиционными золотниками (переключателями). Перемещение золотника вправо или влево осуществляется с помощью одного из двух однофазных магнитов. Когда электромагнит отключается, пружины возвращают золотник в среднее положение и давление поршня прекращается. В исходном положении толкатель опущен и путевой выключатель 4ВК нажат. Кнопкой 4КУ питание подается на реле 1РП, которое включает электромагнит 1Э, перемещающий золотник гидравлического управления главным цилиндром таким образом, что начинается движение ползуна вниз. Перед самым замыканием пресс-формы нажимается конечный выключатель 2ВК, включающий реле времени РВ и промежуточное реле 5РП, которое самоблокируется и включает промежуточное реле 6РП.

Промежуточное реле 6РП самоблокируется и предотвращает возможность включения промежуточного реле ЗРП в самом начале цикла, когда размыкающий контакт 1ВК и замыкающий контакт ЗВК замкнуты. Размыкающий контакт реле РВ с выдержкой времени размыкается и отключает реле 1РП, и электромагнит 1Э теряет питание. Замыкающий

272

Рис. 2.2.6.14. Схема управления гидравлическим прессом

273

контакт РВ включает промежуточное реле 2РП, включающее электромагнит 2Э. Он смещает золотник гидроуправления в обратную сторону, начинается подъем ползуна пресса. В конце хода движение ползуна автоматически замедляется системой гидроуправления.

В конце подъема нажимается конечный выключатель ЗВК, размыкающий контакт которого отключает реле РВ и 5РП, замыкающий контакт ЗВК включает промежуточное реле ЗРП. Реле ЗРП подает питание электромагниту ЗЭ, который перемещает гидравлический золотник управления выталкивателем так, что выталкиватель начинает перемещаться вверх. Он выталкивает изделие и в конце хода нажимает на конечный выключатель 1ВК. При этом реле ЗРП и электромагнит ЗЭ отключаются, и движение выталкивателя прекращается. Когда с пресса снимут готовое изделие, нажимают на кнопку 7КУ. При этом включается реле 4РП, и электромагнит 4Э смещает золотник управления выталкивателем. Выталкиватель опускается и в конце хода нажимает на конечный выключатель 4ВК. Реле 4РП и электромагнит 4Э отключаются, и опускание выталкивателя прекращается. Затем производят загрузку заготовки в пресс-форму, и цикл повторяется. Для привода отдельных гидравлических прессов используют индивидуальные насосы; для привода группы гидравлических прессов — насосно-аккумуляторные станции. В состав станции входят: гидронасосы, гидравлические баллоны, компрессоры для получения сжатого воздуха и воздушные баллоны. Электропривод насосов и компрессоров станций малой и средней мощности осуществляется асинхронными электродвигателями, станций большой мощности — синхронными электродвигателями.

Электрическая схема управления станции состоит из следующих частей: схемы управления электродвигателями, схемы управления электромагнитами гидропереключателей и схемы сигнализации, показывающей уровень воды в гидробаллонах. Задачей схемы управления гидропереключателями является подключение насосов по мере понижения уровня воды в гидробаллонах, отключение насосов по мере повышения уровня, а также прекращение подачи воды прессом при опускании ее до нижнего уровня.

На рис. 2.2.6.15 показаны электрооборудование и схемы управления насосно-аккуммуляторной станцией.

При включении автомата 6А в цепь управления подается напряжение, при этом включается реле РО. Нажатием кнопки 1КП подают питание контактору 1К, который включает электродвигатель первого насоса. Включение остальных электродвигателей происходит аналогично. Нажатием кнопки 5КП подают питание контактору 5К, включающему электродвигатель компрессора. Контактные манометры КМВ и КМН замыкают свои контакты соответственно при крайнем верхнем и крайнем нижнем уровне воды в баллоне. При замыкании контакта КМВ включается реле РКМВ, и его размыкающий контакт разрывает цепь катушки реле РО. При этом отклю-

274

чаются все насосы и все электромагниты гидропереключателей. То же самое получается при замыкании контакта контактного манометра КМК, который замыкается, если давление воздуха уменьшится. В этом случае включается реле РКМК, которое своим размыкающим контактом отключает контактор 5К.

Рис. 2.2.6.15. Управлениенасосно-аккумуляторной станцией:

а — схема расположения приводов; б — схема автоматики; в — схема управления насосами

Для контроля уровня воды в гидробаллонах применяют ртутные регуляторы. Устройство ртутного регулятора схематически показано на рис. 2.2.6.16,a. Регулятор имеет две сообщающиеся друг с другом полости 1 и 2, в которых до некоторого уровня налита ртуть 3. Полость 1 соединена трубопроводом с низом гидробаллона 4, а полость 2 — с его верхом. В полости 1 на поверхность ртути давит вода, а в полости 2 — сжатый воздух. По мере повышения уровня воды в баллоне вес водяного столба увеличивается, и ртуть изполости 1 регулятораначинает вытесняться вполость2.

По мере повышения уровня ртути в полости 2 включаются один за другим платиновые контакты 5, находящиеся на различных расстояниях над поверх-

275

ностью ртути. Схема включения реле РАН, 1РП, 2РП, ЗРП, 4РП и РАВ по мере повышения уровня ртути дананарис. 2.2.6.16,б.

Рис. 2.2.6.16. Ртутный регулятор уровня жидкости в гидробаллоне:

а— схема устройства регулятора; б — схема контроля уровня; в — включение реле контроля уровня; г — схема управления гидропереключателем

Включение реле РАН происходит при наименьшем уровне воды, включение реле РАВ — при наибольшем. Эти уровни аварийные, остальные — рабочие.

При уровне жидкости в баллоне нижнего первого рабочего уровня реле 1РП — 4РП не включены, а поэтому через их размыкающие контакты включаются промежуточные реле уровня 1РУ, 2РУ и ЗРУ. В случае исчезновения напряжения в схеме отключается реле напряжения РН. При этом реле 1РУ

— ЗРУ теряют питание, отключают электромагниты гидропереключателей, 276

насосы отключаются от гидросистемы и переходят на циркуляцию воды. При включении первого насоса замыкается контакт и включает реле времени 1РВ, замыкающий контакт которого с выдержкой времени подготавливает цепь включения контакта 1КЭ. При включении реле 1РУ контактор 1КЭ получает питание и включает электромагнит 1Э (рис. 2.2.6.15,a). Гидропереключателем первый насос подключается к магистрали, подающей воду прессам и в гидробаллоны.

При переводе насоса на ремонт или осмотр переключатель управления ПУ ставят в положение Н — наладка. Схемы управления электромагнитами остальных гидропереключателей аналогичны, только взамен контакта 1РУ для второго насоса включаются контакты 2РУ для третьего — ЗРУ.

При достижении в гидробаллоне верхнего аварийного уровня включается реле РАВ, которое своим размыкающим контактом отключает реле РО (рис. 2.2.6.15,б), при этом отключаются электродвигатели всех насосов и все электромагниты гидропереключателей. Одновременно загораются сигнальные лампы на пульте управления и на специальном табло с сигнальными лампами и включается сирена. При аварийном нижнем уровне в баллоне также загораются сигнальные лампы и звучит аварийный сигнал сирены. Лампы аварийного уровня загораются также при замыкании контактов КМВ и КМН. Кроме аварийных положений, на пульте управления и на табло имеются сигнальные лампы, показывающие рабочие уровни жидкости в гидробаллонах.

277