Рефетека.ру / Промышленность и пр-во

Курсовая работа: Разработка электромеханического привода главного движения станка 1П756ДМ

Содержание


Введение

Техническое задание

1. Электропривод СТАНКА 1П756ДФ3

1.1 Кинематический анализ и выбор двигателя

1.1.1 Кинематический анализ

1.1.2 Выбор двигателя

1.2 Получение математической модели механики привода

1.2.1 Построение расчётной схемы привода

1.2.2 Расчёт моментов инерции деталей привода

1.2.3 Расчёт податливостей деталей привода

1.2.4Моделирование привода в пакете DYNAR

Техническое задание

2. РАЗРАБОТКА ПНЕВМАТИЧЕСКОГО ПРИВОДА ПЕРЕКЛЮЧЕНИЯ СКОРОСТЕЙ ШПИНДЕЛЯ СТАНКА 1П756ДФ3

2.1 Краткое описание пневмопривода и его работы

2. 2 Определение площади условного сечения регулирующей аппаратуры

2.3 Математическая модель механики привода

2.4 Математическая модель состояния газа в полости пневмоцилиндра

2.5 Разработка математической модели аэромеханики пневмопривода

2.6 Разработка схемы модели пневмопривода в приложении Simulink

2.7 Результаты моделирования и идентификация математической модели пневмопривода для САУ

Заключение

Список литературы


Введение


Автоматизированный электропривод играет в станкостроении и робототехнике исключительно важную роль. Его значение не ограничивается только преобразованием электрической энергии в механическую, хотя это одна из основных функций, выполняемых электроприводом в производственных машинах. Электропривод – это основной конструктивный элемент металлорежущего станка или робота.

Электропривод влияет на конструкцию станка и промышленного робота (ПР). Это влияние может проявляться непосредственно, поскольку конструкция любого узла станка зависит от конструкции и типа электродвигателя. Особое значение электропривод приобрёл на современном этапе развития машиностроения как основное звено автоматизации.


Техническое задание


В курсовой работе необходимо получить математическую модель механики привода в пакете SIMULINK, построить график АЧХ динамической податливости по углу в пакете DYNAR.

Исходные данные:

- обороты шпинделя n=1000 об/мин;

- момент инерции детали Jдет=0,025 кг*мІ;

- диаметр детали Dдет=80 мм;

- сила резанья Pz=1500 Н;

- коэффициент перегрузки Kn=2,6;

- время разгона tраз=2,0 c;


1 ЭЛЕКТРОПРИВОД СТАНКА 1П756ДФ3


1.1 Кинематический анализ и выбор двигателя


1.1.1 Кинематический анализ и описание станка

На лицевой стороне консольной части станины станка крепится кронштейн, на котором установлена шпиндельная коробка. Привод монтируется на поворотной плите, которая болтами крепится к основанию станка. На кронштейне шарнирно установлен редуктор механизма привода главного движения, связанный с электродвигателем поликлиновой ременной передачей со шкивом. Вращение от выходного вала редуктора передается шпиндельной коробке через ременную передачу с двумя поликлиновыми ремнями. Натяжение ременной передачи осуществляется качанием корпуса редуктора на оси кронштейна с помощью гидроцилиндра.

Гидроцилиндр натяжения ремней подключен к гидросистеме по дифференциальной схеме: полости его соединены с полостями гидроцилиндра управления редуктором главного движения. Таким образом, усилие натяжения ремней – переменное и зависит от переключения диапазона частот вращения шпинделя. В первом диапазоне (до 630 или 800об/мин) оно равно 10 кН, а во втором диапазоне (до 2500 или 3150об/мин) – 4 кН. При включении гидросистемы пружина, встроенная в гидроцилиндр, создает предварительное усилие натяжения ремней, равное 1 кН.

Переключение диапазонов частот вращения шпинделя осуществляется гидроцилиндром. Шток гидроцилиндра связан с вилкой, перемещающей зубчатый блок и дополнительный венец с внутренними зубьями, который зацепляется с валом шестерней. Промежуточные зубчатые колеса и вместе с блоком обеспечивают дополнительную редукцию для получения 1-го диапазона частот вращения. Контроль переключения зубчатых передач редуктора осуществляют конечные выключатели.

Шпиндельная коробка станка выполнена в виде жесткого литого корпуса, в расточке которого смонтирован шпиндель на двух подшипниковых опорах и с предварительным натягом. В задней части шпинделя на шпонке установлен ведомый шкив поликлиновой ременной передачи. К торцу крепится шкив зубчато-ременной передачи привода датчика резьбонарезания, а также гидромеханизм привода зажимного патрона.

Базирование шпиндельной коробки на кронштейне , а кронштейна – на станине обеспечивает возможность регулирования положения оси шпинделя в горизонтальной и вертикальной плоскостях.

Определяем передаточное отношение между валом двигателя и валом передаточного механизма. Для этого по заданной скорости определяем передаточное отношение двигателя и добиваемся его реализации путем изменения числа зубьев в приводе, сохраняя при этом общее число зубьев в сумме.

На рисунке 1 приведена принципиальная кинематическая схема привода главного движения станка с учетом индивидуального задания, согласно которому общее передаточное отношение


Разработка электромеханического привода главного движения станка 1П756ДМ.


Разработка электромеханического привода главного движения станка 1П756ДМ

Рисунок 1 – Кинематическая схема привода


1.1.2 Выбор двигателя

Для выбора двигателя воспользуемся следующим дифференциальным уравнением:


Разработка электромеханического привода главного движения станка 1П756ДМ, (1.1)


где Разработка электромеханического привода главного движения станка 1П756ДМ- суммарный момент инерции, приведённый к валу двигателя, Разработка электромеханического привода главного движения станка 1П756ДМ;

Разработка электромеханического привода главного движения станка 1П756ДМ- номинальный момент двигателя, Разработка электромеханического привода главного движения станка 1П756ДМ;

Разработка электромеханического привода главного движения станка 1П756ДМ- момент сил трения, Разработка электромеханического привода главного движения станка 1П756ДМ.

Все вращающиеся части привода имеют момент инерции, который должен быть приведён к валу двигателя:


Разработка электромеханического привода главного движения станка 1П756ДМ, (1.2)


тогда суммарный момент инерции:

Разработка электромеханического привода главного движения станка 1П756ДМ (1.3)


Момент сил трения считается через КПД всего механизма:


Разработка электромеханического привода главного движения станка 1П756ДМ, (1.4)


где Разработка электромеханического привода главного движения станка 1П756ДМ- момент механики двигателя, Разработка электромеханического привода главного движения станка 1П756ДМ;

Разработка электромеханического привода главного движения станка 1П756ДМ- КПД всего механизма, которое находят:


Разработка электромеханического привода главного движения станка 1П756ДМ, (1.5)


где Разработка электромеханического привода главного движения станка 1П756ДМ- КПД i – элемента механизма.

В механике участвуют следующие элементы:

- КПД зубчатой открытой передачи, Разработка электромеханического привода главного движения станка 1П756ДМ;

- КПД зубчатой закрытой передачи, Разработка электромеханического привода главного движения станка 1П756ДМ;

- КПД ремённой передачи, Разработка электромеханического привода главного движения станка 1П756ДМ;

- КПД пары подшипников, Разработка электромеханического привода главного движения станка 1П756ДМ.

Рассчитаем КПД нашего механизма:


Разработка электромеханического привода главного движения станка 1П756ДМ.


Решим наше дифференциальное уравнение:


Разработка электромеханического привода главного движения станка 1П756ДМ, (1.6)


где Разработка электромеханического привода главного движения станка 1П756ДМ- угловая скорость, рад/с, которую находим:

Разработка электромеханического привода главного движения станка 1П756ДМ; (1.7)


Разработка электромеханического привода главного движения станка 1П756ДМ- время разгона, с.

Определение приведённого момента сил трения


Обычно момент сил трения приводят к валу исполнительного двигателя. Он существенно зависит от нагрузки привода и незначительно от скорости:


Разработка электромеханического привода главного движения станка 1П756ДМ, (1.8)


где Разработка электромеханического привода главного движения станка 1П756ДМ- момент механики приведённый к валу двигателя, Н*м, который определяется из уравнения:


Разработка электромеханического привода главного движения станка 1П756ДМ, (1.9)


где Разработка электромеханического привода главного движения станка 1П756ДМ- функция, которая при нулевом смещении зависит только от z1, обычно Разработка электромеханического привода главного движения станка 1П756ДМ;

m – модуль зубчатого колеса, мм;

b – ширина зуба, мм;

z1 – число зубьев.

Найдём момент механики Разработка электромеханического привода главного движения станка 1П756ДМ, Н*мм:


Разработка электромеханического привода главного движения станка 1П756ДМ. (1.10)


Приведём момент механики к валу двигателя:


Разработка электромеханического привода главного движения станка 1П756ДМ.

Рассчитаем номинальный момент двигателя из формулы (6):


Разработка электромеханического привода главного движения станка 1П756ДМ. (1.11)

Разработка электромеханического привода главного движения станка 1П756ДМ


Окончательный выбор двигателя

Выберем наш двигатель из каталога по номинальному двигательному моменту с запасом и выпишем его технические данные.

Технические данные на двигатель фирмы Siemens 1GL5108-OWY40-6HU1

- номинальный момент Mн=28,301 Н*м;

- номинальная мощность Pн=4,5 кВт;

- номинальная скорость nн=1450, об/мин;

- КПД двигателя Разработка электромеханического привода главного движения станка 1П756ДМ;

- сопротивление якоря Rя=3,47, Ом;

- индуктивность якоря Lя=14,2 мГн;

- момент инерции двигателя J=0,021 кг*мІ.


1.2 Получение математической модели механики привода


1.2.1 Построение расчётной схемы привода

Для дальнейшего моделирования рассматриваемого привода необходимо произвести построение расчетной схемы его механической части для каждого вала.

Первый вал – вал ротора двигателя. Построение схемы начинается со статора двигателя, рассматриваемого как абсолютно жесткую, неподвижно закрепленную систему. Через податливость магнитного поля Разработка электромеханического привода главного движения станка 1П756ДМ ротор двигателя с моментом инерции Разработка электромеханического привода главного движения станка 1П756ДМ соединен со статором. Ротор через податливость призматической шпонки Разработка электромеханического привода главного движения станка 1П756ДМ передает вращение шкиву с моментом инерции Разработка электромеханического привода главного движения станка 1П756ДМ. Передача вращения на входной вал редуктора осуществляется ремнем с податливостью Разработка электромеханического привода главного движения станка 1П756ДМ. Расчетная схема вала ротора двигателя приведена на рисунке 2.


Разработка электромеханического привода главного движения станка 1П756ДМ

Рисунок 2 – Расчетная схема вала ротора двигателя


Второй вал – входной вал коробки скоростей. Вращение на него передается ременной передачей с вала ротора электродвигателя. Первым элементом схемы является шкив с моментом инерции Разработка электромеханического привода главного движения станка 1П756ДМ. Он через шпонку с податливостью Разработка электромеханического привода главного движения станка 1П756ДМ соединен с участком вала с моментом инерции Разработка электромеханического привода главного движения станка 1П756ДМ. Сечение на валу проводим посередине между насаженными шкивом и шестерней Разработка электромеханического привода главного движения станка 1П756ДМ, податливость этого участка - Разработка электромеханического привода главного движения станка 1П756ДМ. От участка вала Разработка электромеханического привода главного движения станка 1П756ДМ через податливость шлица Разработка электромеханического привода главного движения станка 1П756ДМ движение передается шестерне Разработка электромеханического привода главного движения станка 1П756ДМ с моментом инерции Разработка электромеханического привода главного движения станка 1П756ДМ, от которой движение переходит на третий вал привода (второй вал редуктора) через податливость зубчатой передачи Разработка электромеханического привода главного движения станка 1П756ДМ. Расчетная схема входного вала коробки скоростей приведена на рисунке 3.


Разработка электромеханического привода главного движения станка 1П756ДМ

Рисунок 3 – Расчетная схема входного вала коробки скоростей

Третий вал – второй вал коробки скоростей привода. Движение к нему приходит с входного вала через зубчатую передачу Разработка электромеханического привода главного движения станка 1П756ДМ. Блок Разработка электромеханического привода главного движения станка 1П756ДМ через податливость шлица Разработка электромеханического привода главного движения станка 1П756ДМ соединен с участком вала с моментом инерции Разработка электромеханического привода главного движения станка 1П756ДМ. Сечение на валу проводим посередине между насаженными шкивом и шестерней Разработка электромеханического привода главного движения станка 1П756ДМ, податливость этого участка - Разработка электромеханического привода главного движения станка 1П756ДМ. Вал 3 с моментом инерции Разработка электромеханического привода главного движения станка 1П756ДМ, через податливость шпоночного соединения Разработка электромеханического привода главного движения станка 1П756ДМ сопряжен со шкивом, момент инерции которого Разработка электромеханического привода главного движения станка 1П756ДМ. Передача вращения осуществляется ремнем с податливостью Разработка электромеханического привода главного движения станка 1П756ДМ. Расчетная схема третьего вала привода приведена на рисунке 4.


Разработка электромеханического привода главного движения станка 1П756ДМ

Рисунок 4 – Расчетная схема третьего вала привода


Четвертый вал. Движение ему передается с третьего вала через ременную передачу Разработка электромеханического привода главного движения станка 1П756ДМ. Первым элементом схемы является шкив с моментом инерции Разработка электромеханического привода главного движения станка 1П756ДМ. Он через шпонку с податливостью Разработка электромеханического привода главного движения станка 1П756ДМ соединен с участком вала с моментом инерции Разработка электромеханического привода главного движения станка 1П756ДМ. Вал 4 с моментом инерции Разработка электромеханического привода главного движения станка 1П756ДМ, через податливость Разработка электромеханического привода главного движения станка 1П756ДМ сопряжен со деталью, момент инерции которой Разработка электромеханического привода главного движения станка 1П756ДМ. Расчетная схема четвертого вала привода приведена на рисунке 5.

Разработка электромеханического привода главного движения станка 1П756ДМ

Рисунок 5 - Расчетная схема четвертого вала привода


Соединив вместе расчетные схемы всех валов привода, получим единую схему, приведенную на первом листе графической части работы. Число узловых точек расчетной схемы меньше двадцати, что позволяет, не упрощая схемы, воспользоваться программой DYNAR.


1.2.2 Расчёт моментов инерции деталей привода

Детали привода (валы, шестерни, зубчатые колёса) имеют цилиндрическую форму с некоторым количеством уступов. Для вычисления момента инерции i – детали Разработка электромеханического привода главного движения станка 1П756ДМ, кг*мІ, используют формулу:


Разработка электромеханического привода главного движения станка 1П756ДМ, (1.12)


где Разработка электромеханического привода главного движения станка 1П756ДМ- плотность стали, 7800 кг/мі;

Разработка электромеханического привода главного движения станка 1П756ДМ- длина i – детали, м;

Разработка электромеханического привода главного движения станка 1П756ДМ- наружный и внутренний диаметры i – детали, м.


Разработка электромеханического привода главного движения станка 1П756ДМ

Разработка электромеханического привода главного движения станка 1П756ДМРазработка электромеханического привода главного движения станка 1П756ДМ

Разработка электромеханического привода главного движения станка 1П756ДМ

Разработка электромеханического привода главного движения станка 1П756ДМ

Разработка электромеханического привода главного движения станка 1П756ДМ

Разработка электромеханического привода главного движения станка 1П756ДМ

Разработка электромеханического привода главного движения станка 1П756ДМРазработка электромеханического привода главного движения станка 1П756ДМ

Разработка электромеханического привода главного движения станка 1П756ДМ Разработка электромеханического привода главного движения станка 1П756ДМ


Найдём передаточные отношения, на валах приведённые к валу двигателя:


Разработка электромеханического привода главного движения станка 1П756ДМ;

Разработка электромеханического привода главного движения станка 1П756ДМ;

Разработка электромеханического привода главного движения станка 1П756ДМ;

Разработка электромеханического привода главного движения станка 1П756ДМ.


Найдём суммарный момент инерции..


Разработка электромеханического привода главного движения станка 1П756ДМРазработка электромеханического привода главного движения станка 1П756ДМ.


1.2.3 Расчёт податливостей деталей привода

Крутильная податливость участка вала определяется по формуле:

Разработка электромеханического привода главного движения станка 1П756ДМ, (1.13)


где G – модуль упругости второго рода, Разработка электромеханического привода главного движения станка 1П756ДМ, Па;

D – наружный диаметр вала, м;

e – эквивалентная длина вала, м,


Разработка электромеханического привода главного движения станка 1П756ДМ, (1.14)


где Разработка электромеханического привода главного движения станка 1П756ДМ- расстояние между ступицами, м;

Разработка электромеханического привода главного движения станка 1П756ДМ- ширина ступиц, м.

Коэффициент Kc для гладкого сплошного вала равен 1. Для полого Kc рассчитывается:


Разработка электромеханического привода главного движения станка 1П756ДМ, (1.15)


где d – внутренний диаметр вала, м.


Разработка электромеханического привода главного движения станка 1П756ДМ

Разработка электромеханического привода главного движения станка 1П756ДМ

Разработка электромеханического привода главного движения станка 1П756ДМ

Разработка электромеханического привода главного движения станка 1П756ДМ

Разработка электромеханического привода главного движения станка 1П756ДМ.

Крутильная податливость шлицевых и шпоночных соединений определяется по формуле:


Разработка электромеханического привода главного движения станка 1П756ДМ, (1.16)


где e – длина соединения, м;

h – активная высота шпонки или шлица, м;

z – число шпонок или шлицов;

d – диаметр соединения, м.

Коэффициент Разработка электромеханического привода главного движения станка 1П756ДМ- для шлицевого соединения равен Разработка электромеханического привода главного движения станка 1П756ДМрад/(Н*м), для шпоночного соединения равен Разработка электромеханического привода главного движения станка 1П756ДМ рад/(Н*м).


Разработка электромеханического привода главного движения станка 1П756ДМ

Разработка электромеханического привода главного движения станка 1П756ДМ

Разработка электромеханического привода главного движения станка 1П756ДМ

Разработка электромеханического привода главного движения станка 1П756ДМ

Разработка электромеханического привода главного движения станка 1П756ДМ.


Податливость зубчатой передачи определяется:


Разработка электромеханического привода главного движения станка 1П756ДМ, (1.17)


где Разработка электромеханического привода главного движения станка 1П756ДМ- крутильная податливость, учитывающая деформацию зубьев, определяется по формуле:

Разработка электромеханического привода главного движения станка 1П756ДМ, (1.18)


где b – ширина венца зубчатого колеса, м;

R – радиус начальной окружности зубчатого колеса, расположенного на валу, к которому приводится податливость передачи, м;

Разработка электромеханического привода главного движения станка 1П756ДМ- угол зацепления;

Kз – постоянный коэффициент, равный для прямозубых колёс Разработка электромеханического привода главного движения станка 1П756ДМ, для косозубых Разработка электромеханического привода главного движения станка 1П756ДМ мІ/Н.


Разработка электромеханического привода главного движения станка 1П756ДМ


Податливость ремённой передачи определяется:


Разработка электромеханического привода главного движения станка 1П756ДМ, (1.19)


где R – радиус ведущего шкива, м;

Eэф – эффективная длина ветви ремня, м;

F – площадь поперечного сечения ремня, мІ;

E – модуль упругости ремня, Разработка электромеханического привода главного движения станка 1П756ДМ, Па;

n – число ремней в передачи;

a – коэффициент, учитывающий влияние предварительного натяжения ремня;


Разработка электромеханического привода главного движения станка 1П756ДМ, (1.20)


где e – межосевое расстояние передачи, м;

R1, R2 – радиусы шкивов, м.

Разработка электромеханического привода главного движения станка 1П756ДМ

Разработка электромеханического привода главного движения станка 1П756ДМ.


Упростим нашу расчетную схему, запишем новые податливости и моменты инерции привода:


Разработка электромеханического привода главного движения станка 1П756ДМ; Разработка электромеханического привода главного движения станка 1П756ДМ;

Разработка электромеханического привода главного движения станка 1П756ДМ; Разработка электромеханического привода главного движения станка 1П756ДМ;

Разработка электромеханического привода главного движения станка 1П756ДМ; Разработка электромеханического привода главного движения станка 1П756ДМ;

Разработка электромеханического привода главного движения станка 1П756ДМ; Разработка электромеханического привода главного движения станка 1П756ДМ;

Разработка электромеханического привода главного движения станка 1П756ДМ; Разработка электромеханического привода главного движения станка 1П756ДМ;

Разработка электромеханического привода главного движения станка 1П756ДМ. Разработка электромеханического привода главного движения станка 1П756ДМ.


При моделировании привода принять коэффициент рассеивания энергии Разработка электромеханического привода главного движения станка 1П756ДМ:

- для стали Разработка электромеханического привода главного движения станка 1П756ДМ;

- для резины Разработка электромеханического привода главного движения станка 1П756ДМ.


1.2.4 Моделирование привода в пакете DYNAR

Расчётная схема привода моделируется на ЭВМ в интерактивном режиме с помощью пакета прикладных программ DYNAR.

Ввод данных производится при помощи следующих таблиц:


Таблица 1 – Общие сведения

Количество узловых точек 6
Количество упругих элементов 6
Количество валов 4

Таблица 2 – Топология и параметры РС

Элем.

Узловые точки

Вала

Податл. элем.

[рад/Н*м]*1000

Относ. коэф.

рас. энергии


от до


1 0 1 1 1,02000 0,20
2 1 2 2 0,40000 0,60
3 2 3 2 0,02400 0,20
4 3 4 3 0,00004 0,20
5 4 5 3 0,02200 0,20
6 5 6 4 0,23000 0,60

Таблица 3 – Инерционные характеристики

№ Узла Момент инерции массы [кг*мІ] № Вала
1 0,2770 1
2 0,1480 2
3 0,0009 2
4 0,0244 3
5 0,0335 3
6 0,6500 4

Таблица 4 – Передаточные отношения

№ Вала D Ведущ. [мм] D Ведом. [мм]
1 1,00 1,00
2 180,00 226,00
3 93,00 135,00
4 187,00 236,00

Результаты расчёта в пакете DYNAR:

1) Модальные параметры собственной частоты, коэффициенты и формы колебаний по углу


Таблица 5 - Модальные параметры собственной частоты

Разработка электромеханического привода главного движения станка 1П756ДМ

Динамическая податливость по углу


Таблица 6 – Таблица динамических податливостей по углу

Разработка электромеханического привода главного движения станка 1П756ДМ


Разработка электромеханического привода главного движения станка 1П756ДМ

Рисунок 6 – Амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) динамической податливости по углу


Динамическая податливость по моменту


Таблица 7 - Таблица динамических податливостей по моменту

Разработка электромеханического привода главного движения станка 1П756ДМ


Разработка электромеханического привода главного движения станка 1П756ДМ

Рисунок 7 – Амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) динамической податливости по моменту


Составим математическую модель механики привода в общем виде:


Разработка электромеханического привода главного движения станка 1П756ДМ

Рисунок 8 – Структурная схема механики привода в общем виде

где Разработка электромеханического привода главного движения станка 1П756ДМ- собственная частота, Гц;

Разработка электромеханического привода главного движения станка 1П756ДМ- коэффициент демпфирования;

Разработка электромеханического привода главного движения станка 1П756ДМ- модальная податливость, которая находиться: Разработка электромеханического привода главного движения станка 1П756ДМ при Разработка электромеханического привода главного движения станка 1П756ДМ, где Разработка электромеханического привода главного движения станка 1П756ДМ- амплитуда, Дб,


Разработка электромеханического привода главного движения станка 1П756ДМ.


Составим математическую модель механики привода в SIMULINK:


Разработка электромеханического привода главного движения станка 1П756ДМ

Рисунок 9 - Математическая модель механики привода в SIMULINK


РАЗРАБОТКА ПНЕВМАТИЧЕСКОГО ПРИВОДА ПЕРЕКЛЮЧЕНИЯ СКОРОСТЕЙ ШПИНДЕЛЯ СТАНКА 1740РФ3


2.1 Краткое описание пневмопривода и его работы


Пневматическая система станка содержит: узел подготовки воздуха; пневмопанели (основную и вспомогательные для устройств смены инструментального барабана и зажима патрона); пневмогидроразводку (воздушные трубопроводы, шланги для подачи СОЖ в рабочую зону, трубопроводы для дозированной смазки направляющих и ходовых винтов суппорта).

Воздух, очищенный фильтрами, поступает к распределителю, от которого направляется к револьверной головке, инструментальному барабану и маслораспределителю. От маслораспределителя через клапан наполнения воздух поступает к основной и дополнительным панелям. Клапан наполнения служит для плавного увеличения давления в пневмосистеме и состоит из ходового клапана, дросселя с обратным клапаном, ходового клапана с глушителем и реле давления. При срабатывании ходового клапана с глушителем пневмосистема станка соединяется с узлом подготовки воздуха через дроссель.

При достижении необходимого давления срабатывают реле давления и ходовой клапан, соединяющий напрямую пневмосистему с узлом подготовки воздуха. Время наполнения регулируется дросселем. От клапана наполнения воздух поступает к распределительной колодке, откуда по трубопроводам направляется к пневмопанелям.

Пневмопанели станка включают в себя ходовые клапаны для управления исполнительными пневмоцилиндрами или соплами для обдувки воздухом базовых поверхностей. Расход воздуха регулируется дросселями, установленными параллельно с ходовыми клапанами, клапаны могут оснащаться глушителями. Наличие давления в выходных магистралях клапанов контролирует реле давления.


2.2 Определение площади условного сечения регулирующей аппаратуры


В качестве управляющей аппаратуры для пневмоцилиндра принимаем пневмораспределитель. Принципиальная схема системы изображена на рисунке17, на котором обозначены: 1 – компрессор, питающий систему, 2 – пневмоцилиндер, 3 – пневмораспределитель. При расчете системы принимается движение из крайнего левого положения в крайнее правое. Для выбора управляющей аппаратуры необходимо рассчитать площади условного прохода преобразовательного устройства. Для этого воспользуемся уравнением гидродинамики движения воздуха по трубопроводам:


Разработка электромеханического привода главного движения станка 1П756ДМ, (2.1)


В формуле 2.1обозначены:

Q – требуемый объемный расход воздуха в нормальных м3/с;

Sдр – условная площадь дросселя, м3;

μ – кинематическая вязкость воздуха, 0,73;

ρ – плотность воздуха, 1,29 кг/м3;

р1, р2 – входное и выходное давление для полости, Па.

Входное давление р1 для левой полости является абсолютным давлением питания системы:


р1= рпит=0,4МПа.

Примем установившееся значение скорости движения поршня Vx равным 0,3 м/с. Значение давления в полости р2 при этом будет 0,35 МПа.

Требуемые расход также можно найти по формуле:


Разработка электромеханического привода главного движения станка 1П756ДМ, (2.2)


где Sц – площадь цилиндра, м3;

Ратм – атмосферное давление, 0,1 МПа.

Площадь цилиндра Sц определяется по формуле:


Разработка электромеханического привода главного движения станка 1П756ДМ. (2.3)


Из формул 2.2 и 2.3 получим выражение для расчета условной площади дросселя Sдр:


Разработка электромеханического привода главного движения станка 1П756ДМ, (2.4)

Разработка электромеханического привода главного движения станка 1П756ДМ.


Разработка электромеханического привода главного движения станка 1П756ДМ

Рисунок 10 – Принципиальная схема управления пневмоцилиндром


2.3 Разработка математической модели механики пневмопривода


Математической моделью механики пневмопривода является дифференциальное уравнение, составленное по принципу Даламбера:


Разработка электромеханического привода главного движения станка 1П756ДМ, (2.5)


где m - масса подвижной части, 50 кг;

Кж.тр. – коэффициент жидкостного трения поршня о цилиндр, (Н·м)/(м·с-1);

Sп – площадь поршня, 0,015м2;

Р1, Р2 – давление в левой и правой полостях соответственно, МПа;

Fс.тр. – сила сухого трения в уплотнениях пневмоцилиндра, Н;

Fтех. – технологическая сила – сила трения подвижной части привода о стальную поверхность, Н.

Коэффициент жидкостного трения поршня о цилиндр Кж.тр определяется по формуле:


Разработка электромеханического привода главного движения станка 1П756ДМ , (2.6)

где Разработка электромеханического привода главного движения станка 1П756ДМ.

Разработка электромеханического привода главного движения станка 1П756ДМ.


Сила сухого трения в уплотнениях пневмоцилиндра Fс.тр определяется по формуле:


Разработка электромеханического привода главного движения станка 1П756ДМ, (2.7)


где dшт – диаметр штока, м;


Разработка электромеханического привода главного движения станка 1П756ДМ.


Диаметр штока принимаем равным 20% от диаметра поршня:


Разработка электромеханического привода главного движения станка 1П756ДМ.


По формуле 2.7 получаем:


Разработка электромеханического привода главного движения станка 1П756ДМ.


Сила трения подвижной части привода о стальную поверхность Fтех. находим из выражения:


Разработка электромеханического привода главного движения станка 1П756ДМ, (2.8)


где k – кэффициент трения стали о стальную поверхность, 0,1;

m - масса подвижной части, 50 кг.

Находим Fтех.:


Разработка электромеханического привода главного движения станка 1П756ДМ.


Пусть Разработка электромеханического привода главного движения станка 1П756ДМ, тогда уравнение 2.5 примет вид:


Разработка электромеханического привода главного движения станка 1П756ДМ. (2.9)


Преобразовав по Лапласу выражение 2.9 имеем:


Разработка электромеханического привода главного движения станка 1П756ДМ.


Получаем передаточную функцию механики привода W(s):


Разработка электромеханического привода главного движения станка 1П756ДМ. (2.10)


Структурная схема S-модели механики пневмопривода изображена на рисунке 11.


Разработка электромеханического привода главного движения станка 1П756ДМ

Рисунок11 – S-модель механики пневмопривода


2.4 Разработка математической модели состояния воздуха в полостях пневмоцилиндра


Математическая модель состояния воздуха описывается адиабатой:


Разработка электромеханического привода главного движения станка 1П756ДМ. (2.11)


где р – давление в полости, МПа;

V – объем полости, м3.

Принимаем произведение Разработка электромеханического привода главного движения станка 1П756ДМ пропорциональным массе воздуха в полости:


Разработка электромеханического привода главного движения станка 1П756ДМ. (2.12)


Для определения пропорциональности k берем 1м3 воздуха при атмосферном давлении. Тогда выражение 2.12 примет вид:


Разработка электромеханического привода главного движения станка 1П756ДМ.


Следовательно:


Разработка электромеханического привода главного движения станка 1П756ДМ.


Для разработки математической модели необходимо рассмотреть состояние воздуха в левой и правой полости.


Левая полость Правая полость

Разработка электромеханического привода главного движения станка 1П756ДМ

Разработка электромеханического привода главного движения станка 1П756ДМ,

где V01 – начальный объем полости,

1,6956·10-4м3.

Разработка электромеханического привода главного движения станка 1П756ДМ

Разработка электромеханического привода главного движения станка 1П756ДМ,

где V02 – начальный объем полости,

24,6898·10-4м3.

С учетом уравнения массового расхода

Разработка электромеханического привода главного движения станка 1П756ДМ,

масса воздуха определяется по формуле: Разработка электромеханического привода главного движения станка 1П756ДМ.

Разработка электромеханического привода главного движения станка 1П756ДМ.

Разработка электромеханического привода главного движения станка 1П756ДМ.


На рисунках 12, 13 приведены S-модели состояния воздуха в левой и правой области соответственно.


Разработка электромеханического привода главного движения станка 1П756ДМ

Рисунок 12 – S-модель состояния воздуха в левой полости пневмопривода


Разработка электромеханического привода главного движения станка 1П756ДМ

Рисунок 13 – S-модель состояния воздуха в правой полости пневмопривода


2.5 Разработка математической модели аэромеханики пневмопривода


Математическая модель аэромеханики пневмопривода выражается уравнениями гидродинамики для двух полостей. Выражение 2.13 определяет массовый расход Qm1 воздуха в левой полости, выражение 2.14 – массовый расход Qm2 в правой полости.


Разработка электромеханического привода главного движения станка 1П756ДМ. (2.13)

Разработка электромеханического привода главного движения станка 1П756ДМ. (2.14)


Из выражений 2.13, 2.14 видно, что входной величиной для моделей аэромеханики воздуха в полостях пневмоцилиндра является давление в соответствующих областях, а выходной – массовый расход в соответствующих областях.

На рисунках 14, 15 приведены S-модели аэромеханики соответственно для левой и правой полости.


Разработка электромеханического привода главного движения станка 1П756ДМ

Рисунок 14 – S-модель аэромеханики в левой полости пневмопривода


Разработка электромеханического привода главного движения станка 1П756ДМ

Рисунок 15– S-модель аэромеханики в правой полости пневмопривода


2.6 Разработка схемы модели пневмопривода в приложении Simulink


Рассчитанные в пунктах 2.3, 2.4 и 2.5 данной работы модели для получения общей математической модели пневмопривода следует собрать в одну систему. При разработке модели всего привода пользуемся приложением Simulink пакета программ MATLAB.

На рисунке 23 приведена общая схема S-модели пневмопривода.


Разработка электромеханического привода главного движения станка 1П756ДМ

Рисунок 16 - Общая схема S-модели пневмопривода


2.7 Результаты моделирования и идентификация математической модели пневмопривода для САУ


Результаты моделирования представим в виде графиков.

На рисунке 17 приведен график зависимости перемещения поршня цилиндра от времени до достижения им крайнего правого положения (x=h=200мм).

На рисунке 18 показано изменение скорости поршня пневмоцилиндра за время движения к крайнему правому положению.

На рисунках 19, 20 отображена зависимость изменения величины давления воздуха соответственно в левой и правой полостях пневмоцилиндра.

На рисунках 21, 22 представлены графики расхода воздуха в левой и правой полостях цилиндра соответственно.


Разработка электромеханического привода главного движения станка 1П756ДМ

Рисунок 17 - График зависимости перемещения поршня от времени


Разработка электромеханического привода главного движения станка 1П756ДМ

Рисунок 18 - Изменение скорости поршня пневмоцилиндра


Разработка электромеханического привода главного движения станка 1П756ДМ

Рисунок 19- Зависимость изменения величины давления в левой полости


Разработка электромеханического привода главного движения станка 1П756ДМ

Рисунок20 - Зависимость изменения величины давления в правой полости


Разработка электромеханического привода главного движения станка 1П756ДМ

Рисунок 21 - График расхода воздуха в левой полости


Разработка электромеханического привода главного движения станка 1П756ДМ

Рисунок22 - График расхода воздуха в правой полости


Идентификацию пневмоцилиндра как объекта регулирования проводим по графику перемещения поршня.

Передаточную функцию цилиндра принимаем:


Разработка электромеханического привода главного движения станка 1П756ДМ, (2.15)


Подбираем параметры Коб и Тоб так, чтобы полученная функция наиболее точно совпадала с графиком перемещения поршня, полученным при разработке математической модели пневмоцилиндра. Воспользуемся возможностью приложения Simulink создания подсистем для уменьшения визуального представления математической модели цилиндра. На рисунке 23 представлена S-модель идентификации математической модели пневмопривода для САУ.


Разработка электромеханического привода главного движения станка 1П756ДМ

Рисунок 23 - S-модель идентификации ММ пневмопривода


Окончательно передаточная функция цилиндра принимает вид:


Разработка электромеханического привода главного движения станка 1П756ДМ.


На рисунке 24 показаны два графика математических моделей, рассчитанной и принятой в результате идентификации.

На рисунке 25 приведен график невязки двух рассматриваемых моделей. Из него следует, что полученная в результате идентификации модель может быть принята как передаточная функция объекта, так как разница между принятой и рассчитанной моделями не превышает 5% от максимального значение перемещения поршня x Разработка электромеханического привода главного движения станка 1П756ДМ.

Разработка электромеханического привода главного движения станка 1П756ДМ

Рисунок 24 – Графики рассчитанной и принятой математических моделей


Разработка электромеханического привода главного движения станка 1П756ДМ

Рисунок 25 - график невязки двух рассматриваемых моделей


Для осуществления автоматического управления рассматриваемым пневмоприводом необходимо определить параметры датчиков, которые будут использованы в системе.

Для САУ пневмопривода требуются два датчика: перемещения и скорости, с коэффициентами усиления сигнала Кx и Кx` соответственно. Для их определения примем все управляющие аналоговые сигналы равными в диапазоне от –1 до +1В.

Коэффициент усиления датчика перемещения Кx определим по формуле:


Разработка электромеханического привода главного движения станка 1П756ДМ, (2.16)

Разработка электромеханического привода главного движения станка 1П756ДМ.

Разработка электромеханического привода главного движения станка 1П756ДМ, (2.17)

Разработка электромеханического привода главного движения станка 1П756ДМ.


Заключение


В результате выполнения данной работы была проведена разработка электромеханического привода главного движения станка 1П756ДМ и пневматического привода переключения скоростей шпинделя станка 1740РФ3, были получены математические модели вышеперечисленных систем как объектов управления САУ, рассчитаны параметры датчиков, необходимых для осуществления автоматизированного управления.


Список использованных источников


Металлорежущие станки /Под ред.В.Э.Пуша. --М.: Машинострое-ние, 1985.-468с.

Коловский М.З. Динамика машин .- Л.: Машиностроение, 1989.- 288с.

Решетов Д.Н., Портман В.Т. Точность металлорежущих станков.-М.: Машиностроение, 1986.-386с.

Ривин Е.И. Динамика приводов станков. - М.: Машиностроение, 1966.- 203 с.

Программа дисциплины и методические указания к выполнению курсовой работы по дисциплине "Технические средства автоматизации" для студентов специальности 2102 - Автоматизация технологических процессов и производств для студентов очной и заочной формы обучения/Кубан. гос. технол. ун-т. Сост.: Ю.Е. Кичкарь, Краснодар, 2005. - 47 с.

Рефетека ру refoteka@gmail.com