Задачи курсового проектирования

ЗАДАЧИ КУРСОВОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ

Курсовой проект по дисциплине "Теория электропривода", выполняемый студентами в VII семестре (при дневной форме обучения), является первым из курсовых проектов, непосредственно связанных с их будущей инженерной деятельностью.

При выполнении курсового проекта ставятся задачи, связанные с закреплением знаний по одному из базовых курсов специальности; развитием практических навыков по расчету электромеханических систем; умением самостоятельно применять приобретенные знания при решении конкретных инженерных задач; расширением практики пользования учебной, монографической, справочной литературой; углублением навыков по выполнению графических работ и составлению технической документации.

При выполнении курсового проекта студенты используют знания, полученные при изучении курсов "Теория электропривода", "Теоретическая механика", "Прикладная механика", "Электрические машины", "Электрические и электронные аппараты".

В результате выполнения курсового проекта должен быть разработан электропривод для конкретного производственного механизма, обеспечивающий выполнение его технологических требований.

СОДЕРЖАНИЕ КУРСОВОГО ПРОЕКТА

1) Краткое описание технологического процесса и конструктивных особенностей механизма.

2)Расчет (на основе технических данных) моментов сопротивления, моментов инерции, тахограммы и построение нагрузочной диаграммы механизма.

3) Формирование требований к электроприводу.

4) Выбор типа электропривода (если он заранее не задан).

5) Предварительный выбор мощности электропривода, выбор типа двигателя и его номинальной скорости.

6) Расчет передаточного числа редуктора, приведение моментов сопротивления и инерции к валу двигателя, построение тахограммы и нагрузочной диаграммы электропривода.

7) Проверка выбранного двигателя по нагреванию и перегрузке.

8) Анализ механической части электропривода.

9) Выбор и расчет параметров силовой части электропривода и системы управления силовым преобразователем энергии.

10) Анализ динамических свойств электромеханического преобра-зователя как объекта управления. Анализ соотношения механических и электрических постоянных времени.

11) Расчеты по энергетике электропривода (расчет потерь за цикл работы, энергии, потребляемой из сети; среднециклового КПД и т. д.).

12) Проработка специального вопроса курсового проекта, включа-ющего исследования. Тематика этого вопроса предлагается руководителем курсового проектирования. В частности, может быть выявлено влияние на нагрев двигателя изменения параметров механизма и тахограммы; проанализированы решения по снижению потерь электроэнергии в пускотормозных режимах; проведены сравнительные расчеты по энергопотреблению при изменении номинальной скорости двигателя; выполнен расчет переходных процессов при изменении соотношения механических и электрических постоянных времени и т. д.

ОРГАНИЗАЦИЯ КУРСОВОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ОФОРМЛЕНИЕ И ЗАЩИТА КУРСОВОГО ПРОЕКТА

Курсовой проект по теории электропривода выполняется в течение первого полусеместра VII семестра, после сдачи экзамена по курсу "Электрический привод". Каждому студенту назначается руководитель, который проводит регулярные консультации по курсовому проектированию и контролирует ход выполнения проекта.

Работа над курсовым проектом завершается оформлением графической части и пояснительной записки, в которой обосновываются принятые решения, приводятся использованные аналитические выражения и результаты расчетов. Иллюстративные материалы в пояснительной записке (кинемати-ческие схемы, нагрузочные диаграммы и тахограммы, механические характеристики двигателей и др.) выполняются на вкладках формата А4.

Пояснительная записка оформляется в соответствии со стандартом предприятия СТП УПИ 1 – 90 "Общие требования и правила оформления дипломных и курсовых проектов".

Чертежи курсового проекта (1–2 листа формата А1) являются иллюстративным материалом при защите проекта. На чертежах изображаются кинематические схемы механизма, нагрузочные диаграммы и тахограммы, принципиальные электрические схемы силовых цепей электропривода, механические характеристики, передаточные функции электромеханического преобразователя как объекта управления и т. д.

Защита студентом курсового проекта производится в комиссии, состоящей из 2–3 преподавателей. Для доклада студенту предоставляется 10‑15 минут, после чего задаются вопросы по проекту.

ТИПОВЫЕ ЗАДАНИЯ НА КУРСОВОЕ ПРОЕКТИРОВАНИИ

Механизмы крана-штабелера

Краном-штабелером называется подъемно-транспортная машина циклического действия, предназначенная для обслуживания складов. Кран-штабелер передвигается по рельсам вдоль прохода, по обе стороны которого расположены стеллажи, состоящие из горизонтальных и вертикальных рядов ячеек, в которых на опорах располагаются контейнеры, тарные ящики или поддоны с деталями (грузом). Краны-штабелеры оборудованы вертикальной колонной, по которой перемещается грузовой захват или специальная платформа [4].

Краны-штабелеры имеют три механизма с электрическим приводом:

1. Механизм горизонтального перемещения штабелера по напольному
рельсу в проходе между стеллажами. Максимальный путь перемещения этого механизма определяется количеством рядов ячеек, расположенных по длине.

2. Механизм вертикального перемещения (механизм подъема и опускания грузоподъемника). Максимальный путь перемещения этого механизма определяется количеством рядов (этажей) ячеек, расположенных по высоте.

3. Механизм передвижения грузового телескопического захвата.

Установка грузов в стеллажи производится следующим образом: с приемной площадки путем выдвижения телескопического грузового захвата груз забирается и устанавливается на грузовой платформе. После этого механизмы горизонтального перемещения и подъема производят установку грузовой платформы напротив заданной ячейки стеллажа. Причем вилы грузового захвата при установке груза в пустую ячейку, находятся на 30 ‑ 50 мм выше ячейки. Затем производится выдвижение грузового захвата внутрь стеллажа и опускание его на 10 ‑ 20 мм ниже уровня ячейки. При этом груз остается лежать на опорной плоскости стеллажной ячейки, грузовой захват убирается внутрь крана-штабелера, который возвращается в исходное положение.

Доставка груза со склада производится аналогично описанному выше, только в обратной последовательности.

Таким образом, как следует из технологических требований, необходимо обеспечить позиционирование механизмов горизонтального и вертикального перемещения с высокой точностью – (2 ‑ 5) мм. Для обеспечения указанной точности необходимо создавать позиционные электроприводы, управление которыми производится в функции знака и модуля рассогласования между заданным и истинным положением управляемого механизма. В этом случае можно обеспечить требуемую точность позиционирования без использования режима пониженной скорости.

При отсутствии контура положения (как это предполагается при выполнении курсового проекта) отрезок пути перед точной остановкой 40 ‑ 60 мм механизм должен пройти на пониженной скорости, что позволит обеспечить требуемую точность позиционирования. Таким образом, тахограмма механизма горизонтального перемещения соответствует показанной на рис. 1, но участок работы с пониженной скоростью V_ПОН может отсутствовать.

Кроме того, по условиям работы грузозахватывающего устройства (при транспортировании грузов на стеллаж и при их извлечении со стеллажа) должно быть обеспечено перемещение механизма вертикального перемещения в каждом цикле работы крана-штабелера на 30 ‑ 50 мм в режиме пониженной скорости или по треугольной тахограмме, поэтому тахограмма его работы соответствует показанной на рис. 5.1, участок работы с пониженной скоростью V_ПОН также может отсутствовать.

Рис. 5.1

5.1.1. Механизм горизонтального перемещения

Упрощенная кинематическая схема механизма приведена на рис. 5.2.

Рис. 5.2

5.1.1.1. Требования к электроприводу

1. Режим работы – повторно-кратковременный.

2. Диапазон регулирования скорости (при отсутствии контура положения) – до 40:1 (в зависимости от требуемой точности позиционирования).

3. Необходимость точного позиционирования механизма в фиксированных точках.

4. Необходимость ограничения значения ускорения (замедления) с целью предотвращения пробуксовки.

5. Возможность осуществления реверса.

5.1.1.2. Расчетные выражения

Приведенный к валу двигателя статический момент, Нм [5, 6],

(5.1.1)

где К_P – коэффициент, учитывающий трение реборд ходового колеса о рельсы, К_P = 3,0; G_кр – общий вес незагруженного крана, Н, имеющего массу m_кр , кг; G = gm – вес груза, Н, имеющего массу m, кг; g = 9,81 м/с² – ускорение свободного падения.

Здесь m – коэффициент трения в подшипниках ходовых колес, m = 0,015 для подшипников качения; d_Ц – диаметр цапфы ходового колеса, м; f ‑ коэффициент трения качения ходовых колес, м, f = 0,0005 м; i ‑ передаточное число редуктора; h_M – коэффициент полезного действия передач механизма, h_M = 0,7.

Статическая мощность на валу электродвигателя горизонтального перемещения, Вт,

(5.1.2)

где V_Г – максимальная скорость передвижения крана-штабелера, м/с; w_N –номинальная скорость двигателя, рад/с.

Приведенный к валу двигателя момент инерции механизма, кг м²,

(5.1.3)

где – радиус приведения.

Суммарный момент инерции электропривода

J_S = 1,2J_ДВ + J_МЕХ, (5.1.4)

где J_ДВ – момент инерции двигателя.

Значение пониженной скорости определяется по (4.12).

5.1.1.3. Варианты конструктивно-технологических параметров

В таблице 5.1 приведены технологические данные механизма горизонтального перемещения.

Таблица 5.1

Технологические данные	Обозна- чение	Размер- ность	Номер варианта
Максимальное количество ячеек (рядов) по длине	Kl	–
Длина ячейки	l	м	1,0	1,0	1,0	0,8	0,8	0,8
Масса незагруженного крана	mКР	кг
Масса груза	m	кг
Номинальная скорость передвижения	VN	м/с	1,0	1,0	1,0	2,0	1,5	2,0
Допустимое ускорение (замедление)	a , b	м/с2	0,5	0,5	0,5	0,5	0,5	0,5
Число включений в час	Z	–
Диаметр ходового колеса	DK	м	0,32	0,32	0,2	0,2	0,2	0,3
Диаметр цапфы	dЦ	м	0,06	0,06	0,06	0,05	0,06	0,07
Точность останова	DQ	м	0,002	0,002	0,002	0,003	0,003	0,002
Путь перемещения на пониженной скорости в зоне точного останова	DS	м	0,04	0,04	0,04	0,06	0,05	0,04

При расчете тахограммы в качестве расчетного пути принять путь перемещения, равный половине общей длины стеллажа.

5.1.1.4. Варианты электропривода:

а) двигатель постоянного тока с независимым возбуждением;

б) асинхронный короткозамкнутый двигатель.

5.1.2. Механизм вертикального перемещения (механизм подъема) Упрощенная кинематическая схема механизма приведена на рис. 5.3.

Рис. 5.3

5.1.2.1. Требования к электроприводу

1. Электропривод работает в повторно-кратковременном режиме.

2. Диапазон регулирования скорости до 10:1 (в зависимости от требуемой точности останова).

3. Необходимость точного позиционирования электропривода в фиксированных точках.

4. Должна быть обеспечена возможность работы и регулирования скорости электропривода при активном моменте статической нагрузки.

5. Привод должен быть реверсивным.

5.1.2.2. Расчетные выражения

Приведенный к валу двигателя статический момент при подъеме груза, Нм,

(5.1.5)

где G_гр = gm_гр – вес, Н, грузоподъемного устройства, имеющего массу m_гр, кг; G – вес груза, имеющего массу m; D_Б – диаметр барабана, м; m_П – кратность полиспаста, m_П = 2; i – передаточное число редуктора;h_MЕХ – коэффициент полезного действия подъемного механизма, h_MЕХ = 0,7.

Статическая мощность на валу электродвигателя при подъеме груза, Вт,

(5.1.6)

где V_П – максимальная скорость подъема, м/с.

Приведенный к валу двигателя момент инерции механизма подъема, кг·м²,

(5.1.7)

Суммарный момент инерции электропривода определяется по (5.1.4).

Значение пониженной скорости, необходимое для обеспечения точного позиционирования механизма подъема, а также для перемещения механизма подъема по условиям работы грузозахватного устройства, определяется по (4.12).

Если перемещение механизма подъема по условиям работы грузозахватного устройства реализуется по треугольной тахограмме, то значение максимальной скорости (V_T) в этом случае определяется следующим образом

где V_T – максимальная скорость треугольной тахограммы, м/с; Dl – отрезок пути, проходимый механизмом подъема по условиям нормальной работы грузозахватного устройства, м.

5.1.2.3. Варианты контруктивно-технологических параметров

При расчете тахограммы в качестве расчетного пути принять путь перемещения, равный половине общей высоты стеллажа. Возможные варианты электропривода:

а) двигатель постоянного тока с независимым возбуждением;

б) асинхронный короткозамкнутый двигатель.

Технологические данные механизма вертикального перемещения приведены в таблице 5.2.

Таблица 5.2

Технологические данные	Обоз- наче- ние	Размер- ность	Номер варианта
Максимальное количество ячеек (рядов) по высоте	Кh	–
Высота ячейки	h	м	0,4	0,4	0,4	0,8	0,4	0,4
Масса грузоподъемника с тарой	mгр	кг
Масса груза	m	кг
Максимальная скорость подъема	VП	м/с	0,3	0,3	0,3	0,5	0,5	1,0
Допустимое ускорение	a	м/с2	0,5	0,5	0,5	1,0	1,0	0,5
Число включений в час	Z	–
Точность останова	DQ	м	0,004	0,004	0,004	0,004	0,005	0,004
Диаметр барабана	DБ	м	0,3	0,3	0,2	0,2	0,2	0,2
Путь перемещения на пониженной скорости в зоне точного останова	DS	м	0,04	0,04	0,04	0,05	0,06	0,06
Путь перемещения механизма подъема по условиям нормальной работы грузозахватного устройства	DL	м	0,04	0,04	0,04	0,04	0,05	0,05

Трубоволочильный стан

Трубоволочильный стан предназначен для уменьшения диаметра трубы при протягивании ее через волочильное кольцо.

Подготовленная труба подается на загрузочный стеллаж, на котором с помощью длинноходового цилиндра в нее задается оправка. Труба с оправкой подается в волочильное кольцо, по другую сторону которого находится тянущая тележка 1 (рис. 10) с захватным приспособлением 2. Тележка сцепляется с цепью 3 и начинается процесс волочения. Цепь приводится в движение через рабочую звездочку 4, соединенную с двигателем 5 через цилиндрический редуктор 6. По окончании волочения тележка механически отключается от цепи и возвращается в исходное положение при помощи вспомогательного двигателя. Кинематическая схема привода тянущей тележки представлена на рис. 5.9.

Рис. 5.9

Усилие в начале волочения зависит от скорости захвата трубы. Для обеспечения минимальных механических нагрузок захват трубы производится на скорости захвата V₃ = 0,1 ‑ 0,4 м/с с последующим плавным разгоном до скорости волочения. Скорость волочения определяется исходя из равномерности движения трубы в очаге деформации и составляет V_B = 0,8 ‑ 1,5 м/с.

5.4.1. Требования к электроприводу

1. Поддержание скорости двигателя в течение процесса волочения (статическое падение скорости не более6 %).

2. Большая перегрузочная способность как в переходных, так и в установившихся режимах при возможных скачках усилия волочения.

3. Протяжка происходит при постоянстве момента.

4. Широкий диапазон регулирования для обеспечения необходимых скоростей захвата и волочения.

5. Плавное регулирование скорости в данном диапазоне.

6. Возможность ослабления поля для увеличения скорости волочения при уменьшении усилия волочения, если это предусмотрено технологи-ческим процессом.

5.4.2. Расчетные выражения

Статическая мощность на валу двигателя, Вт,

(5.4.1)

где F₃ – усилие на ведущей звездочке цепи, Н; V_B – скорость волочения, м/с; h – КПД передачи.

F₃ = F_B+F_T+F_Ц , (5.4.2)

где F_B – усилие волочения, Н; F_T – усилие на перемещение тележки, Н; F_Ц – усилие на перемещение цепи, Н.

Усилие на перемещение тележки

(5.4.3)

где Q = mg – вес тележки в Н, масса которой равна m, кг; m_Х – коэффициент трения скольжения в подшипниках колес; d – диаметр цапф колес, мм; f – коэффициент трения качения ходовых колес, мм; D – диаметр колес, мм.

Усилие перемещения цепи

F_Ц = 2m₁gf₁Lc , (5.4.4)

где m₁ – масса одного метра цепи, кг/м; L – расстояние между осями звездочек; f₁ – коэффициент трения цепи о направляющие.

Коэффициенты k и с учитывают дополнительные силы сопротивления движению тележки и цепи.

Передаточное число редуктора при заданной скорости волочения и выбранной скорости двигателя

(5.4.5)

где R₃ – радиус начальной окружности ведущей звездочки, м.

Момент волочения, Нм,

(5.3.3)

Момент холостого хода, Нм,

(5.3.3)

Далее вычисляют суммарный момент инерции, пути и время работы на отдельных участках тахограммы и длительность цикла, принимая t₀ = 2 ‑ 4 с. Время возврата тележки t_BT определяется исходя из скорости возврата V_BT и длины трубы L.

Примерный вид тахограммы тележки показан на рис. 5.10, а варианты конструктивно-технологических параметров приведены в таблице 5.5.

Рис. 5.10

5.4.3. Варианты конструктивно-технологических параметров

Таблица 5.5

Технологические данные	Обозна- чение	Размер- ность	Варианты
Усилие волочения	FB	H	196 000	490 000	753 000	441 000	147 000
Скорость захвата	V3	м/с	0,17	0,21	0,30	0,30	0,45
Скорость волочения	VB	м/с	0,85	1,20	1,50	1,20	1,40
Скорость возврата	VBT	м/с	3,0	3,6	2,9	3,5	4,0
Масса тележки	m	кг
Диаметр цапф колес	d	мм
Диаметр колес	D	мм
Длина трубы	LT	м
Масса одного метра длины цепи	m1	кг
Расстояние между осями звездочек	L	м
Коэффициент трения скольжения в подшипниках колес	mХ	‑	0,10	0,12	0,10	0,13	0,09
Коэффициент трения качения	f	‑	0,08	0,085	0,08	0,09	0,08
КПД передачи	h	‑	0,72	0,69	0,70	0,71	0,67
Радиус начальной окружности звездочки	R3	м	0,25	0,41	0,47	0,32	0,2
Коэффициент трения цепи о направляющие	F1	‑	0,20	0,20	0,21	0,17	0,20
Коэффициенты учета дополнительных сопротивлений	c , k	‑	3,0	2,5	3,1	3,0	3,0
Ускорение и замедление	a , b	м/с2	0,60	0,65	0,65	0,80	0,83

Печной толкатель.

5.7.1. Назначение механизма

Печные толкатели предназначены для загрузки слитков и заготовок в методические печи и для проталкивания их по ходу печи. Скорость толкания определяется заданной производительностью стана [9].

Наибольшее распространение получили сдвоенные толкатели. Два толкателя связаны соединительной муфтой, что позволяет осуществлять совместную или раздельную работу этих механизмов.

Рис. 5.17: 1 – слиток; 2 – направляющий опорный ролик; 3 – толкающая штанга

с зубчатой рейкой; 4 – реечная шестерня; 5 – редуктор; 6 – двигатель; 7 – тормоз

На рис. 5.17 показана упрощенная схема одного из толкателей, электропривод которого необходимо выбрать и проверить. Слиток (1) перемещается толкающей штангой (3), которая поддерживается направляющими опорными роликами. Обычно путь перемещения штанги равен ширине слитка (b). После прохождения этого пути и некоторой паузы штанга возвращается обратно в исходное положение и повторяет цикл при необходимости перемещения нового слитка. Примерная тахограмма работы толкателя приведена на рис. 5.18.

Рис. 5.18

При толкании каждого нового слитка нагрузка на двигатель возрастает, т. к. необходимо перемещать и предыдущие слитки, находящиеся в печи. Поэтому для правильного выбора мощности установленного двигателя необходимо знать максимальное количество слитков, перемещаемых толкателем одновременно.

5.7.2. Требование к электроприводу

1. Режим работы – повторно-кратковременный.

2. Целесообразно обеспечить постоянство ускорения (замедления).

3. Электропривод реверсивный, регулирования скорости, как правило, не требуется.

5.7.3. Расчетные выражения

Приведенный к валу двигателя статический момент при работе на холостом ходу, Нм,

(5.7.1)

где G_Ш = gm_Ш – вес штанги, Н, имеющей массу m_Ш, кг.

Здесь g – ускорение свободного падения (g = 9,81 м/с²); m_Ц – коэффициент трения цапф осей направляющих роликов в подшипниках качения, m_Ц = 0,003; d_Ц –диаметр цапф направляющего ролика, м; f – коэффициент трения качения штанги о ролики, f = 0,0015 м; i – передаточное число редуктора; h_XX – коэффициент полезного действия механизма при холостом ходе, h_XX = 0,4.

Статический момент при толкании слитков в печь, Нм,

(5.7.2)

где G_CJI – максимальный вес слитков, Н, перемещаемых толкателем одновременно (вес одного слитка G_1CJI = m_CJI g. m_CЛ – масса одного слитка, кг); m – коэффициент трения между слитками и подом печи, m = 07; D_СЛ – диаметр начальной окружности реечной шестерни, м; h = 0,78.

Статическая мощность на валу электродвигателя толкателя, Вт,

Р_С М_С w_N , (5.7.3)

где w_N – номинальная скорость выбранного двигателя, рад/с.

Приведенный к валу двигателя момент инерции механизма, кгм² ,

(5.7.4)

где – радиус приведения.

Суммарный момент инерции электропривода, кгм²,

J_S = 1,2J_ДВ + J_МЕХ, (5.7.5)

где J_ДВ – момент инерции двигателя.

Время пуска и торможения электропривода (см. рис.18) определяется по заданной скорости перемещения слитка V(м/с) и ускорению (замедлению) (м/с²) при равномерно-ускоренном движении. Очевидно, t_П1 = t_П2 = t_Т1 = t_Т2. Время работы на установившейся скорости (t_У1 , t_У2) определяется после расчета пути, проходимого на этой скорости

S_У1 = B – S_П1 – S_Т1, (5.7.6)

где S_П1 (S_Т1) – путь, проходимый при пуске (торможении) электропривода, м. Время t´₀принимается равным 2 ÷ 3 с, время цикла (t_Ц) рассчитывается при заданном количестве слитков, подаваемых в печь за один час.

5.7.4. Варианты электропривода

Существуют следующие варианты электропривода:

а) двигатель постоянного тока с независимым возбуждением;

б) асинхронный короткозамкнутый двигатель.

5.7.5.Варианты конструктивно-технологических параметров

Сведения о конструктивно-технологических параметрах приведены в таблице 5.10.

Таблица 5.10

№ п/п	Технологические данные	Обоз-наче-ние	Размер-ность	Номер варианта
	Масса слитка	mCЛ	кг
	Максимальное количество слитков, перемещаемых толкателем одновременно	N	–
	Ширина заготовки	В	м	0,5	0,45	0,4	0,35	0,3	0,2
	Скорость перемещения слитков	V	м/с	0,025	0,03	0,03	0,035	0,035	0,04
	Ускорение (замедление)	a (b)	м/с2	0,005	0,01	0,015	0,02	0,025	0,03
	Количество слитков, подаваемых в печь в час	Z	–
	Масса штанги	mШ	кг
	Диаметр начальной окружности реечной шестерни	DШ	м	0,6	0,5	0,4	0,35	0,3	0,3
	Диаметр цапф направляющих роликов	dЦ	м	0,25	0,2	0,18	0,15	0,12	0,12

Электропривод моталки.

5.10.1. Назначение механизма

Моталки применяются для сматывания в рулон листов и ленты при холодной прокатке, горячей рулонной прокатке и при различных непрерывных технологических процессах обработки листов. Схемы намотки полосы показаны на рис. 5.23 и 5.24.

На реверсивных одноклетьевых станах холодной прокатки моталки устанавливаются по обе стороны рабочей клети.

Рис. 5.23:

1 – моталки; 2 – направляющие холостые ролики;

3 – рабочая клеть стана

На непрерывных станах холодной прокатки устанавливается только одна моталка со стороны выхода металла

Рис. 5.24:

1 – моталка; 2 – разматыватель; 3 – рабочие клети стана

При наматывании полосы на барабан моталки происходит значительное натяжение полосы, что снижает давление металла на валки прокатного стана, уменьшает коробоватость полосы, способствует правильному и плотному наматыванию металла на барабан моталки.

Скорость прокатки, а следовательно, и намотки полосы на современных станах весьма велика и достигает 15 м/с для трехклетьевых станов и до 45 м/с для пятиклетьевых.

Диаметр рулона D в основном определяется толщиной h прокатываемой полосы:

D = (150 ÷ 200)h – для стальных полос и лент;

D = (120 ÷ 170)h – для полос и лент из цветных металлов.

5.10.2. Режим работы моталки

1. Разгон барабана до заправочной скорости.

2. Заправка полосы в моталку.

3. Разгон моталки с полосой до максимальной скорости. Натяжение полосы во время разгона должно оставаться постоянным.

4. Намотка рулона. По мере роста диаметра рулона угловая скорость двигателя должна уменьшаться таким образом, чтобы линейная скорость полосы оставалась постоянной.

5. Торможение двигателя до заправочной скорости. На этом заканчивается намотка рулона.

6. Торможение моталки до нуля, съем рулона. Примерный вид тахограммы моталки показан на рис. 5.25.

Рис. 5.25

5.10.3.Требования к электроприводу

Главным требованием к электроприводу является образование и поддержание на заданном уровне натяжения полосы как в установившемся режиме моталки, так и в режимах ускорения и замедления. Для удовлетворения этих требований необходимы:

1) достаточно большой диапазон регулирования скорости;

2) высокое быстродействие привода;

3) возможность регулирования скорости в функции натяжения металла.

Для привода моталок применяются, как правило, двигатели постоянного тока независимого возбуждения, регулирование которых осуществляется как за счет изменения магнитного потока, так и напряжения двигателя.

5.10.4. Расчетные выражения

Если пренебречь моментом холостого хода моталки, то момент статический на валу барабана моталки складывается из моментов, необходимых для изгиба полосы (М_ИЗГ) и для создания натяжения (M_НАТ)

(5.10.1)

где s_Т – предел текучести материала полосы, Н/мм²;

b – ширина наматываемой полосы, м;

h – толщина полосы, м;

i – общее передаточное число редуктора;

h – КПД редуктора.

Момент натяжения в начале намотки

(5.10.2)

где D_Б – диаметр барабана, м;

Т – натяжение полосы, Н.

Момент натяжения полосы в конце намотки

(5.10.3)

где D_P – диаметр рулона, м.

Поскольку с ростом диаметра рулона от начала намотки до ее окончания момент изменяется, то зависимость момента от времени определяется как

(5.10.4)

где V – максимальная линейная скорость намотки, м/с.

Требуемая угловая скорость в начале намотки

(5.10.5)

Требуемая угловая скорость в конце намотки

(5.10.6)

Во время намотки желаемый диапазон w₂/w₁ обеспечивается, как правило, за счет регулирования магнитного потока. Следовательно, желаемая номинальная скорость двигателя w_N w₂.

Время намотки рулона без учета переходных процессов пуска и торможения

(5.10.7)

где t_3AП , t_УСТ – время намотки на заправочной и установившейся скорости;

l_ЗАП – длина полосы, намотанной в начале и в конце намотки, м;

l – длина сматываемой полосы, м.

Фактическая продолжительность включения

(5.10.8)

где Т_Ц – время цикла, с.

Желаемая мощность приводного двигателя

(5.10.9)

где 1,1 ‑ 1,6 – коэффициент, учитывающий динамическую нагрузку привода;

x_CT – стандартная продолжительность включения двигателя;

При расчете тахограммы и нагрузочной диаграммы следует учесть, что на любом участке тахограммы момент, развиваемый двигателем,

М = М_С + М_ДИН, (5.10.10)

где – динамический момент.

Здесь J_S – суммарный момент инерции привода; j – угол поворота.

При расчете нагрузочной диаграммы можно принять следующие допущения:

1) во время пуска D = D_Б = const;

2) во время торможения D = D_P = const;

3) моментом холостого хода можно пренебречь (М_ХХ = 0);

4) поскольку при установившейся линейной скорости намотки изменяется угловая скорость двигателя и суммарный момент инерции, то изменяется и динамический момент. Однако эти составляющие динамического момента значительно меньше динамических моментов при пуске и торможении, что дает право пренебречь этими изменениями при установившейся линейной скорости намотки.

Момент инерции рулона, приведенный к валу двигателя, вычисляется как

(5.10.11)

где g – плотность материала;

b – ширина полосы.

5.10.5.Варианты конструктивно-технологических параметров

Исходные данные для расчетов представлены в таблице 5.15.

Таблица 5.15

Технологические данные	Обозна- чение	Размер- ность	Номер варианта
Натяжение полосы	Т	Н	9,8·104	7,9·104	10,0·104	1,96·104
Максимальная линейная скорость намотки	V	м/с	1,5	2,5	15,0	3,0
Заправочная скорость	VЗАП	м/с	0,5	1,0	3,0	0,3
Диаметр барабана	DБ	м	0,75	0,75	0,50	0,50

Окончание таблицы 5.15

Технологические данные	Обозна- чение	Размер- ность	Номер варианта
Диаметр рулона	DP	м	1,40	2,20	1,85	1,25
Ширина наматываемой полосы	b	м	1,14	1,55