工作臺往返循環(huán)電機拖動系統(tǒng)設計

成績電機與拖動課程設計說明書工作臺往返循環(huán)電機拖動系統(tǒng)設計學生姓名學號學院名稱專業(yè)名稱電氣工程及其自動化指導教師韓成春年月日目錄1緒論11.1工業(yè)生產(chǎn)動力的開展11.2由電機拖動的工作臺往返循環(huán)系統(tǒng)在現(xiàn)在工業(yè)生產(chǎn)中的應用12拖動系統(tǒng)的分析22.1拖動系統(tǒng)的整體分析22233電動機的選擇53.1電動機容量的選擇53.1.1負載轉(zhuǎn)矩的測量53.1.2電動機類型的選擇55667888894系統(tǒng)電路圖設計10101010111111結(jié)論13參考文獻141緒論1.1工業(yè)生產(chǎn)動力的開展石器時代人類制造和使用的各種石斧、石錘和木質(zhì)、皮質(zhì)的簡單工具是后來出現(xiàn)的機械的先驅(qū)。幾千年前，人類已創(chuàng)制了用于谷物脫殼和粉碎的臼和磨，用于提水的桔槔和轆轤，裝有輪子的車，航行于江河的船及槳、櫓、舵等。所用的動力由人力開展到畜力、風力和水力。所用材料由天然的石、木、土、皮革等開展到人造材料。最早的人造材料是陶瓷。制造陶瓷器皿的陶車，已是具有動力、傳動和工作3個局部的完整機械。鼓風器對人類社會開展起了重要作用。強大的鼓風器使冶金爐獲得足夠高的爐溫，得從礦石中煉取金屬。西周時期，中國就已有了冶鑄用的鼓風器。15——16世紀以前，機械工程開展緩慢。17世紀以后，資本主義商品經(jīng)濟在英、法等國迅速開展，許多人致力于改良各產(chǎn)業(yè)所需要的工作機械和研制新的動力機械——蒸汽機。18世紀后期，蒸汽機的應用從采礦業(yè)推廣到紡織、面粉和冶金等行業(yè)。制作機械的主要材料逐漸從木材改為金屬。機械制造工業(yè)開始形成，并逐漸成為重要產(chǎn)業(yè)。機械工程從分散性的、主要依賴匠師個人才智和手藝的技藝開展成為有理論指導的、系統(tǒng)的和獨立的工程技術(shù)。機械工程是促成18——19世紀的工業(yè)革命和資本主義機械大生產(chǎn)的主要技術(shù)因素。17世紀后期，隨著機械的改良。煤和金屬礦石需求量的增加，只依靠人力和畜力已不能適應生產(chǎn)提高的要求，于是在18世紀初出現(xiàn)了T．紐科門的大氣式蒸汽機，用以驅(qū)動礦井排水泵。1765年，J．瓦特創(chuàng)造了有分開凝汽器的蒸汽機，降低了燃料消耗率。1781年。瓦特又創(chuàng)制出提供回轉(zhuǎn)動力的蒸汽機，擴大了蒸汽機的應用范圍。蒸汽機的創(chuàng)造和開展。促進礦業(yè)和工業(yè)生產(chǎn)、鐵路和搬運機械動力化。幾乎成為19世紀唯一的動力源。但蒸汽機及其鍋爐、凝汽器和冷卻水系統(tǒng)等體積龐大、笨重，應用不便。19世紀末，電力供給系統(tǒng)和電動機開始開展和推廣。20世紀初，電動機已在工業(yè)生產(chǎn)中取代了蒸汽機，成為驅(qū)動各種工作機械的根本動力。1.2由電機拖動的工作臺往返循環(huán)系統(tǒng)在現(xiàn)在工業(yè)生產(chǎn)中的應用工作臺往返循環(huán)電機拖動系統(tǒng)在現(xiàn)在工業(yè)中常用于機床、物流分揀等領(lǐng)域，此系統(tǒng)的應用大大提高了工業(yè)運作的效率，節(jié)省了大量的人力物力，實現(xiàn)了工業(yè)生產(chǎn)的現(xiàn)代化。2拖動系統(tǒng)的分析2.1拖動系統(tǒng)的整體分析工作臺往返循環(huán)電機拖動系統(tǒng)是由電動機通過齒輪帶開工作臺在規(guī)定的區(qū)域內(nèi)左右平移，并能實現(xiàn)手動和自動控制的一個系統(tǒng)。具體模型如圖2-1所示。圖2-1系統(tǒng)模型電動機局部將電動機與電源正反接實現(xiàn)電動機的正反轉(zhuǎn)，并將電動機與齒輪相連從而帶開工作臺進行平移運動，模型如圖2-2所示圖2-2電動機帶動齒輪參考模型工作臺局部圖2-3系統(tǒng)參考模型如圖2-3所示，工作臺上的條齒與齒輪相連，工作臺行程由開關(guān)SQ1-SQ4來決定，其中SQ1、SQ2為限位開關(guān)，SQ3、SQ4為超限開關(guān)。正常情況下工作臺應該在SQ3和SQ4之間來回運動，如果工作臺運動范圍超過該范圍那么一定有故障發(fā)生，應該停機檢查并排除故障。圖2-4齒輪帶開工作臺參考模型正視圖圖2-5齒輪帶開工作臺參考模型側(cè)視圖圖2-4和圖2-5表示齒輪和工作臺之間的聯(lián)系。因為工作臺安放在滑動導軌上，所以在一定程度上存在滑動摩擦力，所以增加了電動機的負載轉(zhuǎn)矩，但是在電動機反轉(zhuǎn)時，滑動摩擦力又大大幫助電動機實現(xiàn)工作臺的減速。3電動機的選擇3.1電動機容量的選擇負載轉(zhuǎn)矩的測量因為工作臺實現(xiàn)的是平移運動，根據(jù)平移作用力折算的等效負載轉(zhuǎn)矩公式式〔3.1〕式〔3.1〕式中：——表示等效負載轉(zhuǎn)矩——表示平移作用力——表示工作臺移動速度——表示傳動效率——表示電動機角速度——表示電動機的轉(zhuǎn)速假設電動機的重力，移動速度，工作臺與導軌之間的摩擦系數(shù)，傳動機構(gòu)與圖〔4〕相同，電動機的轉(zhuǎn)速，傳動效率。那么，平移作用力等效負載轉(zhuǎn)矩電動機類型的選擇選擇哪種類型的電動機，一方面要根據(jù)生產(chǎn)機械對電動機的機械特性、起動特性性能、調(diào)速特性、制動方法和過載能力等方面的要求，對各種類型的電動機進行分析比擬；另一方面在滿足上述要求的前提下，還要從節(jié)省初期投資，減少運行費用等經(jīng)濟方面進行綜合分析，最后將電動機的類型確定下來。在對起動、調(diào)速等性能沒有特殊要求的情況下，優(yōu)先選用三相籠型異步電動機。所以選擇的電動機類型類三相籠型異步電動機。電動機電壓和轉(zhuǎn)速的選擇因為電動機的功率比擬小，所以選用380V三相籠型異步電動機。對于額定功率相同的電動機額定轉(zhuǎn)速高，電動機的重量輕、體積小、價格低、效率和功率因數(shù)〔對三相異步電動機而言〕比擬高。假設生產(chǎn)機械的轉(zhuǎn)速比擬低，電動機的額定轉(zhuǎn)速比擬高，那么傳動機構(gòu)復雜、傳動效率降低，增加了傳動機構(gòu)的本錢和維修費用。因此，綜合分析電動機和生產(chǎn)機械兩方面的各種因素最終確定電動機的額定轉(zhuǎn)速為。電動機外形結(jié)構(gòu)的選擇根據(jù)電動機的使用環(huán)境選擇電動機的外形結(jié)構(gòu)為封閉式，這種電動機的機座和端蓋上均無通風孔，完全是封閉的，外部的潮氣和灰塵不易進入電動機，多用于灰塵多、潮濕、有腐蝕性氣體、易引起火災等惡劣環(huán)境中。工作制的選擇因為電動機一旦起動就處于連續(xù)工作狀態(tài)，當電動機電源反接時，電動機轉(zhuǎn)軸不能實現(xiàn)立即反轉(zhuǎn)，存在一小段時間的反轉(zhuǎn)制動，然后又繼續(xù)工作，如此循環(huán)往復，是周期工作制，所以選用包括電制動的連續(xù)周期工作制〔S7工作制〕。圖3-1S7工作制負載功率、電動機輸出功率、電動機溫度變化圖圖中：P——負載；Pv——電氣損耗；Q——溫度；Qmax——到達的最高溫度；t——時間；TC——負載周期；△tD——起動／加速時間；△tp——恒定負載運行時間；

△tF一—電制動時間；負載持續(xù)率=1電動機型號的選擇Y系列電動機是一般用途的全封閉自扇冷式鼠籠型三相異步電動機。安裝尺寸和功率等級符合IEC標準，外殼防護等級為IP44，冷卻方法為IC411，連續(xù)工作制〔S1〕。適用于驅(qū)動無特殊要求的機械設備，如機床、泵、風機、壓縮機、攪拌機、運輸機械、農(nóng)業(yè)機械、食品機械等。

Y系列電動機效率高、節(jié)能、堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩高、噪音低、振動小、運行平安可靠。Y80~315電動機符合Y系列〔IP44〕三相異步電動機技術(shù)條件JB/T9616-1999。Y355電動機符合Y系列〔IP44〕三相異步電動機技術(shù)條件JB5274-91。Y80~315電動機采用B級絕緣。Y355電動機采用F級絕緣。額定電壓為380V，額定頻率為50Hz。功率3kW及以下為Y接法；其它功率均為△接法。電動機運行地點的海拔不超過1000m；環(huán)境空氣溫度隨季節(jié)變化，但不超過40℃；最低環(huán)境空氣溫度為-15℃；最濕月月平均最高相對濕度為90%；同時該月月平均最低溫度不高于表3-1電動機型號及相關(guān)參數(shù)型號額定

功率額定

電流轉(zhuǎn)速效率功率

因數(shù)堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩堵轉(zhuǎn)電流最大轉(zhuǎn)矩噪聲振動

速度重量額定轉(zhuǎn)矩額定電流額定轉(zhuǎn)矩1級2級kWAr/min%COSФ倍倍倍dB(A)mm/skg同步轉(zhuǎn)速1000r/min6級Y90S-6910566521Y90L-6910566524Y100L-64940626735額定轉(zhuǎn)矩的計算公式式〔3.2〕式中：——表示額定轉(zhuǎn)矩——表示額定功率——表示額定轉(zhuǎn)速根據(jù)電動機的詳細參數(shù)計算得：表3-2不同型號對應的額定轉(zhuǎn)矩型號 額定轉(zhuǎn)矩〔〕Y90S-6Y90L-6Y100L-6因為負載轉(zhuǎn)矩，所以選擇Y90L-6型號電動機。又因為是小功率電動機，所以選用Y接法。電動機的起動校驗根據(jù)查表得Y90S-6型電動機的起動轉(zhuǎn)矩倍數(shù)、起動電流倍數(shù)。起動轉(zhuǎn)矩為起動轉(zhuǎn)矩大于起動時的負載轉(zhuǎn)矩的〔1.1~1.2〕倍，起動轉(zhuǎn)矩滿足起動條件。起動電流為起動電流小于電路保護的額定電流，起動電流滿足起動條件電動機的過載校驗根據(jù)查表得Y90S-6型電動機的最大轉(zhuǎn)矩倍數(shù)電動機的最大轉(zhuǎn)矩大于電動機的負載轉(zhuǎn)矩，過載轉(zhuǎn)矩符合過載要求。電動機的穩(wěn)定運行校驗把、、、、帶入式〔3.1〕求得當電機轉(zhuǎn)速為時電動機可以穩(wěn)定運行，即當負載轉(zhuǎn)矩為時，電動機的轉(zhuǎn)速為。電動機的發(fā)熱校驗設SQ1和SQ2之間的距離足夠長為5米，SQ1和SQ3之間的距離為，近似假設電動機在啟動和反轉(zhuǎn)制動時的功率為，電動機在穩(wěn)定運行時的功率為負載功率，數(shù)值為圖3-2電機運行一個周期中功率變化的近似圖假設、、，近似滿足式〔3.3〕式〔3.3〕所以假設成立。再假設、、，近似滿足式〔3.4〕式〔3.4〕所以假設成立。、、將上列數(shù)據(jù)帶入式〔3.5〕，進行發(fā)熱校驗式〔3.5〕得所以正常運行時的發(fā)熱符合要求。同理，當工作臺的限位開關(guān)出現(xiàn)問題時，SQ3、SQ4代替SQ1、SQ2發(fā)揮作用，，所以發(fā)熱也符合要求。4系統(tǒng)電路圖設計主電路設計分析因為任務要求電動機能實現(xiàn)正反轉(zhuǎn)，所以電動機主電路必須由兩個開關(guān)來控制兩個主電路的通斷，且兩個電路不能同時接通，另外主電路中應該存在熔斷器和熱繼電器來保護電路，由于兩個電路實現(xiàn)電動機的轉(zhuǎn)向不同，所以兩個電路連接電動機的相序不同。另外電動機的額定功率比擬小，所以采用Y接法。主電路電路圖圖4-1系統(tǒng)主電路圖圖中：L1、L2、L3——表示三相380V交流電源QS——表示電路電源開關(guān)FU1——表示主電路熔斷器KM1——表示電動機正轉(zhuǎn)電路開關(guān)KM2——表示電動機反轉(zhuǎn)電路開關(guān)FR——表示熱繼電器當KM1閉合時電動機正轉(zhuǎn)，當KM2閉合時電動機反轉(zhuǎn)?？刂齐娐吩O計分析設計任務要求，當工作臺擋鐵1從右向左觸碰到限位開關(guān)SQ1時，電動機從正接變?yōu)榉唇?，工作臺減速至零，擋鐵1停在限位開關(guān)SQ1和超限開關(guān)SQ3之間，并開始從左向右運動，當擋鐵2從左向右觸碰到限位開關(guān)SQ2時，電動機從反接變?yōu)檎樱ぷ髋_減速至零，擋鐵2停在限位開關(guān)SQ2和超限開關(guān)SQ4之間，并開始從右向左運動。假設限位開關(guān)SQ1或SQ2失效時，工作臺會繼續(xù)向左或向右運動然后擋鐵1或擋鐵2會觸碰到超限開關(guān)SQ3或超限開關(guān)SQ4，此時需要電機停止轉(zhuǎn)動排除故障或者讓超限開關(guān)自行進行校正代替限位開關(guān)實現(xiàn)控制功能，人為停止系統(tǒng)停止，并排除故障。本系統(tǒng)選擇的是后者。除此之外控制回路應有自己的線路保護，并當主回路溫度過高時可以自動使系統(tǒng)停止運行，當啟動開關(guān)按下時，線路應該有自鎖電路使通過電磁繼電器線圈的電流保持。停止按鈕應該保持常閉，當按下時整個控制回路應該失電。電路要能實現(xiàn)手動和自動控制?？刂齐娐冯娐穲D圖4-2工作臺往返循環(huán)電機拖動系統(tǒng)電路圖圖中：FU2——表示控制回路熔斷器SB3——表示停止自恢復按鈕SB1——表示正轉(zhuǎn)自恢復按鈕SB2——表示反轉(zhuǎn)自恢復按鈕KM1、KM2——表示電磁繼電器線圈SQ1-1、SQ-1——表示限位開關(guān)常閉SQ1-2、SQ2-2——表示限位開關(guān)常開SQ3-1、SQ4-1——表示超限開關(guān)常閉SQ3-2、SQ4-2——表示超限開關(guān)常開FR——表示熱繼電器按下電源開關(guān)QS，主電路和控制電路得電，此時按下正轉(zhuǎn)開關(guān)SB1，電流經(jīng)SQ1-1、SQ3-1、KM2輔助常閉開關(guān)、KM1電磁線圈，使繼電器KM1閉合，那么主電路通，電機M正轉(zhuǎn)，KM1輔助常開開關(guān)閉合，和SQ1-1、SQ3-1、KM2輔助常閉開關(guān)、KM1線圈構(gòu)成自鎖電路，當工作臺擋鐵1從右向左碰到SQ1時，SQ1-1由閉合變成斷開，線圈KM1沒有電流通過，繼電器KM1斷開；同時SQ1-2閉合，電流經(jīng)過SQ2-1、SQ4-1、KM1輔助常閉開關(guān)、KM2線圈，使繼電器KM2閉合，KM2輔助常開開關(guān)閉合和SQ2-1、SQ4-1、KM1輔助常閉開關(guān)、KM2線圈構(gòu)成自鎖回路，同時主電路另一條電路通道導通，由于電源三相U、V、W中的U相和W相位置互換，電動機反轉(zhuǎn)制動，然后反向旋轉(zhuǎn)，帶開工作臺從左向右運動。當工作臺擋鐵2從左向右碰到SQ2時，SQ2-1斷開、繼電器KM2斷開、SQ2-2閉合、繼電器KM1閉合，電機正轉(zhuǎn)制動，并帶開工作臺從右向左運動，如此循環(huán)往復。假設SQ1或者SQ2失去作用，工作臺繼續(xù)運動，此時SQ3或SQ4將代替SQ1、SQ2的作用實現(xiàn)工作臺自動往返循環(huán)運動。結(jié)論這次課程設計持續(xù)了兩周的時間，我拿到的題目是工作臺往返循環(huán)電機拖動系統(tǒng)設計。一開始拿到這個題目的時候，我很茫然，不知道該從什么地方入手，但是通過對課題的仔細審讀、詢問老師、到網(wǎng)上查有關(guān)資料，我終于明白了我需要做什么。剛開始思考這個課題時，想的很簡單，好多細節(jié)都沒有考慮完全，通過跟其他同學的交流，我意識到我在思路上存在的問題，然后我就開始矯正自己解決這個課題的思路，但是結(jié)果越想越復雜，導致自己感覺有點力不從心。拿到課程設計題目的第三天，我開始按照自己的所想的思路方案自己的課程設計，并開始按照自己方案的一步一步進行著。在完成課程設計的過程中難免會遇到各種各樣的問題，老師和周圍的同學都給我了很多幫助，這讓我感覺到自己不是一個人，讓我有信心完成這個課程設計。整個課程設計中遇到的最大的問題就是電動機的選擇和校驗，因為整個課程設計的背景資料一點都沒給，所以好多東西都需要我們自己去假設，所有假設的數(shù)據(jù)都需要理論去支持，所以在假設數(shù)據(jù)的背后我都需要計算好多數(shù)據(jù)，來確保我數(shù)據(jù)假設的合理性。通過在網(wǎng)上查找電動機類型、計算相關(guān)數(shù)據(jù)最終把適宜的電動機類