_{Задание}:

-Двигатель: двигатель постоянный ток

-частота вращения механизма на первой ступени:

- Время работы на первой ступени:

-Частота вращения механизма на второй ступени:

-Время работы на второй ступени:

-Время паузы:

-Момент механизма: 450 Н.м

-Характер нагрузки – реактивная

-КПД передачи при максимальной частоте вращения – 0.9

-Момент инерции механизма:

1. Построение тахограммы и нагрузочной диаграммы производственного механизма

Рис. 1. Тахограмма производственного механизма

Рис. 2. Нагрузочная диаграмма производственного механизма для активного характера нагрузки

2. Расчет мощности электродвигателя и выбор его по каталогу. Определение наивыгоднейшего передаточного отношения редуктора

   1. Определяем продолжительность включения:

Выбираем по стандарту (15%, 25%, 40%, 60%): выбираем 40%

2. Диапазон регулирования

3. Определяем среднеквадратичное значение мощности за время работы на основании тахограммы и нагрузочной диаграммам

где:

m – число рабочих участков в цикле;

Рi – мощность на i-м участке работы;

– продолжительность i-м участка работы;

– коэффициент ухудшения теплоотдачи на i-м участке;

– угловая скорость на i-м участке;

– максимальная скорость механизма.

-Определяем значения угловой скорости по ступеням:

-первая ступень:

-вторая ступень:

-Определяем мощность на i-м участке работы:

-первая ступень

-вторая ступень

-Определяем коэффициент ухудшения теплоотдачи на i-м участке

работы по выражению

где:

– коэффициент ухудшения теплоотдачи при подвижном роторе. Принимаем для закрытого исполнения двигателя без принудительного охлаждения

-Для первого участка

-Для второго участка

4. Делаем пересчет среднеквадратичной мощности двигателя на выбранное стандартное значение ПВ=40%

Определяем расчетную мощность электрического двигателя

где:

-коэффициент запаса;

-КПД передачи при nмакс

5. Выбираем двигатель постоянного тока с независимым возбуждением, имеющий следующие паспортные данные.

Таб. 1

тип	UH, В	PH, кВт	NH ,об/мин		IH,A	J, кг.м^2
D806	440	21	1060	0.205	55	1

6. По полученной расчетной мощности можно предварительно выбрать несколько двигателей с учетом номинальной скорости. После этого следует определить передаточное отношение редуктора:

где:

- номинальная угловая скорость вращения двигателя.

7. Определение передаточного отношения редуктора по стандарту

Рис.3 Ряды числа передаточного отношения

Принимаем:

8. Определяем сопротивление якоря горячее

где – перегрев обмоток двигателя относительно начальной температуры 15⁰С. Принимаем =75⁰С

9. Определяем коэффициент полезного действия при номинальной нагрузке

10. Определяем коэффициент ЭДС двигателя

11. Определяем номинальный момент на валу двигателя

12. Определяем электромагнитный момент, соответствующий

номинальному току

13. Определяем момент трения на валу электродвигателя

14. Определяем скорость идеального холостого хода

15. Определяем скорость вращения по ступеням

16. Определяем момент статический по ступеням

3. Расчет и выбор по каталогу преобразовательных устройств или пусковых и регулировочных реостатов

   1. Определяем наибольшие пусковые ток и момент. Для двигателей обычного исполнения эти величины определяются из условия

2. Определяем ток и момент переключения из условия

3. Определяем необходимые сопротивления якорной цепи для

Характика 0-1

Характика 2-3

Характика 4-5

Характика 6-7

Характика 8-9

Характика 10-11

4. Определени добавочного сопротивления

5. Определяем токи по ступеням

6. Определяем продолжительности включения

7. Определяем расчетные токи, средние за время работы

8. Определяем каталожный ток для каждой ступени

9. Выбираем ящики сопротивлений [8] по наибольшему току, удовлетворяющему условию Iдоп>Iкат.расч

• Для первой ступени

Яшик сопротивлений №80

Таб. 2

Продолжительный ток	Сопротивление ящика, Ом	Сопротивление элемента, Ом	Число элементов
54	1,6	0,08	26

Последовательно соединяем 4 группы элементов первого ящика первой группы элементов второго ящика. Получаем

Рис. 4. Схема соединения элементов для первой ступени

• Для второй ступени

Яшик сопротивлений №80

Таб. 3

Продолжительный ток	Сопротивление ящика, Ом	Сопротивление элемента, Ом	Число элементов
54	1,6	0,08	54

Рис. 5. Схема соединения элементов для второй ступени

4. Расчет электромеханических и механических характеристик для двигательного и тормозного режимов

   1. Делаем пересчет механических характеристик двигателя для полученных значений сопротивлений. Полученные значения заносим в таб. 4

Таб.4

Пусковая характеристика 1 ступень
М,Н.м	0	МПЕР= -320Н.м	М­ПУСК=-421,3Н.м
ω, рад/с	-114,88	-27,6
Пусковая характеристика 2 ступень
М,Н.м	0	МПЕР= -320Н.м	М­ПУСК=-421,3Н.м
ω, рад/с	-114,88	-48,5
Первая рабочая ступень
М,Н.м	0	МС1= -162,32Н.м	М­ПУСК=-421,3Н.м
ω, рад/с	-114,88	-92,7
Вторая рабочая ступень
М,Н.м	0	МС2=162,32Н.м
ω, рад/с	114,88	47,5

2. После работы на двух заданных скоростях (ω_и1 и ω_и1) двигатель необходимо затормозить до нулевой скорости

При реактивном характере нагрузки производственного механизма примем обычно используют вид торможения-динамическое. Расчет механической характеристики динамического торможения проводится на основании выражения

Начальные значения для расчета характеристики динамического торможения при реактивном характере нагрузки

Рассчитываем требуемое сопротивление динамического торможения

Данные для построения характеристики динамического торможения заносим в табл. 5

Таб.5

М	0	421,3
ω,рад/с	0	50,17

5. Расчет переходных процессов за цикл работы и построение нагрузкой диаграммы электропривода.

   1. Расчет переходных процессов проводим по выражениям

где:

, , -начальные значения соответственно момента, тока и скорости.

, , - конечные значения соответственно момента, тока и скорости.

t-текущее время

-электромеханическая постоянная времени, с

где:

- суммарный момент инерции, кг.м²

_-момент инерции двигателя, кг.м²

- момент инерции механизма, кг.м²

с – переходное число редуктора;

k=1,5 - коэффицент, учитывающий момент инерции редуктора

R_i – суммарное сопротивление якорной цепи на соответствующей характеристике, Ом

2. Рассчитываем переходные процессы для пуска в две ступени с выходом на рабочую скорость первой ступени (характеристики 1, 2 и 3)

• Первая ступень пусковой характеристики

При расчете переходного процесса М=f(t) для первой пусковой характеристики в качестве конечного значения момента берется величина , а расчет ведется до значения момента равному М пер=320.4 Н.м.

При расчете переходного процесса ω=f(t) для первой пусковой характеристики в качестве конечного значения скорости берется величина , а расчет ведется до значения скорости, равной:

Полученные значения начальных, конечных значений момента и скорости подставляем в выражения для расчета переходных процессов

Полученные результаты заносим в таб. 6

Таб.6

t	0	0,1	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,66
M	-421,3	-402,7	-385,4	-369,4	-354,5	-340,7	-327,8	-320,6
w	0	-5,1	-9,8	-14,2	-18,2	-22	-25,5	-27,6
n	0	-48,5	-93,5	-135,3	-174,	-210	-243,4	-262,3

• Вторая ступень пусковой характеристики

При расчете переходного процесса М=f(t) для первой пусковой характеристики в качестве конечного значения момента берется величина , а расчет ведется до значения момента равному М пер=-320.4 Н.м.

При расчете переходного процесса ω=f(t) для первой пусковой характеристики в качестве конечного значения скорости берется величина , а расчет ведется до значения скорости, равной:

Полученные значения начальных, конечных значений момента и скорости подставляем в выражения для расчета переходных процессов

Полученные результаты заносим в таб. 7

Таб.7

t, c	0	0,2	0,3	0,4	T’=0.504
M, H.м	-421.3	-375.2	-355.3	-337.3	-320.4
ω,рад/с	-27,6	-37.15	-41.54	-45	-48.5
n	-263.6	-354.8	396.7	-429.75	-463.2

• Характеристика первой рабочей степени

Полученные значения начальных, конечных значений момента и скорости подставляем в выражения для расчета переходных процессов

Полученные результаты заносим в таб. 8

_{Таб. 8}

t, c	0	1	2	3	4	T’=4.278
M, H.м	-421.3	-232.99	-181.6	-167.58	-163.76	-163.32
ω,рад/с	-48.5	-80,6	-89,4	-91,8	-92,45	-92.7
n	-463.2	-769.8	-853.8	-876.7	-882.9	-885.3

По данным таб. 5,6 и 7 строим графики переходных процессов M=f(t) и n=f(t) для режима пуска в 2 степени и выхода на рабочую скорость первой ступени

Рис. 6. Графики переходных процессов M=f(t) и n=f(t): I- первая ступень пусковой характеристики ( ); II- вторая ступень пусковой характеристики ( ); III- выход на рабочую скорость первой ступени ( ); суммарное время процесса 5,442с

5.3 Рассчитываем переходные процессы перехода двигателя с первой рабочей скоростью на вторую (характеристика 6-7)

Полученные значения начальных, конечных значений момента и скорости подставляем в выражения для расчета переходных процессов

_Таб.9

t	0	0.05	0.1	0.15	0.2	0.25	0.292
M	421.3	409.4	397.7	386.2	375	364	355
w	-92.7	-86.8	-81.1	-75.4	-69.9	-64.5	-60
n	-885.3	-829.1	-774.1	-720.2	-667.5	-615.8	-573.1

Рис. 7. Переходная характеристика

5.4 Вторая рабочая характеристика (8-9)

5.4.1 Характеристика 8-8’

Полученные значения начальных, конечных значений момента и скорости подставляем в выражения для расчета Характеристики 8-8’

Таб.10

t	0	0.1	0.2	0.3	0.4	0.5	0.58
M	421.3	393.38	366.8	341.5	317.4	294.44	276.87
w	-60	-48.4	-37.38	-26.87	-16.86	-7.34	0
n	-573	-462.3	-356.9	-256.6	-161.1	-70.1	0

5.4.2 Характеристика 8’-9

Полученные значения начальных, конечных значений момента и скорости подставляем в выражения для расчета характеристики 8’-9

Таб.11

t	0	1	2	3	4	5	6	7	8
M	276.87	232.4826	205.295	188.6425	178.4427	172.1952	168.3686	166.0248	164.5892
w	0	18.40595	29.67971	36.58496	40.81447	43.40507	44.99183	45.96373	46.55903
n	0	175.7768	283.4413	349.3864	389.7782	414.5184	429.672	438.9536	444.6387

Рис. 8. Вторая рабочая характеристика

5.5 Режим торможения (динамического)

(расчет в пункте 4.2)

При расчете переходного процесса ω = f (t) для режима динамического торможения в качестве конечного значения скорости берется величина ωкон.фикт (см. т. F рис. 2.8), которая определяется из выражения

а расчет ведется до значения скорости, равной нулю

При расчете переходного процесса М = f (t) для режима динамического торможения

а расчет ведется до значения момента, равному нулю.

Таб.12

t	0	0,1	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7	0,73
M	-421,3	-330,31	-253,506	-188,676	-133,954	-87,7629	-48,7735	-15,8627	-7,02905
w	47,5	37,06988	28,26588	20,83448	14,56168	9,266848	4,797512	1,024972	0,012377
n	453,625	354,0174	269,9392	198,9693	139,0641	88,4984	45,81624	9,788486	0,118196

Рис.9. Динамическое торможение

6 Проверка выбранного электродвигателя на нагрев

6.1 Проверка двигателя по нагреву (метод эквивалентных величин)

Метод эквивалентного тока

Метод эквивалентного тока

где:

: суммарное время работы на скоростях и

: суммарное время переходных процессов

Расчет токов