Курсовая работа: Проектирование управляемого привода в электромеханических системах

Для нахождения параметров траектории решим систему уравнений (1.6), приравняв значения угла поворота и скорости нагрузки в общих для сопряженных участках точках.

, (1.7)

.                                   (1.8)

Рис. 1.1. Первая из двух возможных траекторий рабочего цикла для первого привода

Из первого уравнения системы (1.8) получим формулу для параметра b и подставим его в третье выражение, а затем функциональные зависимости для параметров a и b – во второе уравнение

,                          (1.10)

Получим численные значения параметров a, b и :

,                                              

,

Таблица 1.4

t, c
[0; 1.333]		1.374t	1.374
[1.333; 2.667]
[2.667; 17.333]		0	0
[17.333; 18.667]
[18.667; 20]			1.374

Максимальные значения:

а) угла поворота нагрузки 1m(t) = 2.443 рад,

б) угловой скорости нагрузки p1m(t) = 1.833 рад/c-1,

в) углового ускорения нагрузки p21m(t) = 1.374 рад/c-2.

Рис. 1.2. Вторая из двух возможных траекторий рабочего цикла для первого привода

1.2 Расчет статической и динамической нагрузки на проектируемый привод

Рис. 1.3. Многомассовая нагрузка привода

При определении энергетических параметров проектируемого привода сложную многомассовую нагрузку привода (рис. 1.3) приводят к одному валу – валу двигателя. Для этого многомассовую нагрузку с мощностью  заменяют маховиком той же мощности на валу двигателя  и вращающимся со скоростью вала двигателя.

, (1.11)

где  – к.п.д. механической передачи от вала нагрузки к валу двигателя.

С другой стороны,

,       (1.12)

где  – момент приведенной нагрузки к валу двигателя,  – момент на валу нагрузки, ,  – угловые скорости вала двигателя и вала нагрузки, соответственно (рис. 1.3), . Подставляя (1.12) в (1.11), получаем:

,

откуда:

,

где – передаточное отношение механической передачи между валом двигателя и валом нагрузки (передаточное число редуктора).

Моменты, действующие на валу нагрузки, можно разделить на две группы. К первой группе относятся динамические моменты , величина которых пропорциональна ускорениям и моментам инерции движущихся масс нагрузки. Ко второй группе относятся моменты статические , связанные с противодействующими усилиями: моменты сухого и вязкого трения, момент статического сопротивления подъему груза.

Таким образом, момент нагрузки, приведенный к валу двигателя,

. (1.13)

Динамические моменты нагрузки приводов

Динамический момент нагрузки первого привода определяется уравнением

,                              (1.14)

где – ускорение на валу нагрузки; – момент инерции нагрузки.

Нагрузка первого привода является телом сложной конфигурации, поэтому  определим как сумму моментов инерции отдельных частей нагрузки относительно оси вращения 1–1:

 (1.15)

Динамический момент инерции третьего звено J3 принимает значения в диапазоне от J3 min до J3 max. Масса груза, зажатого в захватном устройстве m, может меняться в пределах от mmin до mmax. Изменение данных параметров приводит к изменению момента инерции нагрузки J.

Определим минимальное и максимальное значение момента инерции нагрузки J:

Наибольшего значения величина динамического момента нагрузки привода достигает при максимальном угловом ускорении рабочей нагрузки

                                 (1.16)

Определим максимальный динамический момент нагрузки привода для первой возможной траектории рабочего цикла первого привода по формуле 1.16.

Определим максимальный динамический момент нагрузки привода для второй возможной траектории рабочего цикла первого привода:

Статические моменты нагрузки приводов

Движению в механизмах поворота противодействуют статические моменты сопротивления: моменты вязкого и сухого трения, характерные для зубчатых передач механизмов поворота.

Момент вязкого трения пропорционален угловой скорости вала нагрузки и определяется уравнением:

              (1.17)

где  – коэффициент вязкого трения, зависящий от вязкости и температуры смазывающих масел.

Момент сухого трения в большинстве случаев считают независимым от скорости и направленным против нее:

     (1.18)

здесь .

Согласно (1.17), (1.18), статический момент нагрузки первого привода

   (1.19)

а его максимальное значение

           (1.20)

По формуле 1.20 найдем максимальный статический момент нагрузки привода для первой возможной траектории рабочего цикла:

.

По формуле 1.20 найдем максимальный статический момент нагрузки привода для второй возможной траектории рабочего цикла:

.

1.3 Предварительный выбор двигателя

Исходными данными для выбора двигателя являются приведенный к валу двигателя момент рабочей нагрузки , максимальные значения скорости и ускорения нагрузки, определяемые по возможным траекториям рабочего цикла.

Выбор исполнительного двигателя начнем с расчета требуемой максимальной мощности  на валу двигателя в рабочем режиме. При этом предположим, что нагрузка перемещается с максимально возможными скоростью и ускорением. Мощность двигателя должна быть достаточной для обеспечения этого режима, наиболее тяжелого для двигателя.

Для первого привода, осуществляющего поворот , требуемая мощность  исполнительного двигателя, с учетом (1.14) и (1.19):

.           (1.21)

По формуле 1.21 вычислим требуемую мощность двигателя для отработки первой из двух возможных траекторий движения рабочей нагрузки:

.

По формуле 1.21 вычислим требуемую мощность двигателя для отработки второй из двух возможных траекторий движения рабочей нагрузки

.

Выберем исполнительный двигатель с номинальной мощностью не меньшей .

Выбор будем осуществлять согласно следующим критериям:

1.  – привод ПР работает в интенсивных динамических режимах требующих высокого быстродействия, поэтому необходимо выбирать двигатель с минимальным собственным моментом инерции,

2.  – при уменьшении массы двигателя – уменьшается статические и динамические нагрузки на 1 и 2 приводы в ПР,

3.  – т. к. увеличивается качество регулирования,

4.  – поскольку уменьшение сопротивления в якорной цепи приводит к снижению нагрева двигателя,

5.  – чем ниже скорость вращения двигателя, тем меньшее передаточное число требуется обеспечить, а, следовательно, выбрать более простой редуктор, подходящий по массогабаритным характеристикам и его КПД,

6.  – больший ток в якорной цепи обеспечивает выше номинальный момент двигателя (мощность).

 (1.22)

Согласно (1.22), для первой траектории будем выбирать двигатель, придерживаясь данных значений мощности: .

Для обеспечения движения рабочей нагрузки по первой из двух рассматриваемых траекторий наиболее подходящими приводами являются двигатели [1], приведенные в таблице 1.5.

Таблица 1.5

Серия двигателя	Тип двигателя	Pд ном, Вт	nд ном, рад/с	Uя ном, В	Iя ном, А	Rя, Ом	Jд.10-6 кг∙м2	Tяц, мс	mд, кг
ДВИ	ДВИ-211–02	120	628	27	7.4	1.3	23	0.50	3.4
СД	СД-150	150	786	60	4.2	2.8	193	0.3	2.7

Для второй траектории, .

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7