Электроснабжение механосборочного цеха

3 Расчёт и выбор электрооборудования цеха

 

Для выполнения расчёта был выбран токарно-винторезный станок модели 1М63Д. Выбор такого станка был обусловлен следующими соображениями:

• на долю станков токарной группы приходится 60% всего станочного парка промышленности Республики Беларусь, а также всего мира;
• токарные станки являются основным оборудованием проектируемого участка цеха;
• токарный станок модели 1М63Д позволяет выполнять многочисленные операции по токарной обработке;
• несмотря на то, что станок имеет низкий уровень автоматизации, его применение востребовано, т.к. на нём производятся работы по изготовлению мелкосерийных и уникальных изделий.

Станок токарно-винторезный 1М63Д - предназначен для выполнения разнообразных токарных работ, включая точение конусов и нарезание резьб: метрических, дюймовых, модульных, питчевых. Высокая мощность привода и жесткость станка, широкий диапазон частоты вращения шпинделя и подач позволяют полностью использовать возможности прогрессивных инструментов при обработке различных материалов.

В данной части дипломного проекта произведён расчёт двигателя главного привода станка и вспомогательных двигателей, выбрана аппаратура управления станком и выбраны питающие провода и кабели.

 

Технические характеристики:

 

• Наибольший диаметр заготовки 900 мм;
• Наибольшая длина обрабатываемой заготовки 750 мм;
• Количество ступеней частот вращения шпинделя 22;
• Диаметр цилиндрического отверстия в шпинделе 105 мм;
• Пределы частот вращения шпинделя: 10 – 1250 об/мин
• Пределы продольных рабочих подач: 0,033 – 5,6 мм/об;
• Пределы поперечных рабочих подач: 0,013 – 2,064 мм/об;
• Ускоренное продольное перемещение суппорта: 3500 мм/мин;
• Ускоренное поперечное перемещение суппорта: 2000 мм/мин;
• Наибольший вес устанавливаемой заготовки 3500 кг;
• Длина 2950 мм;
• Ширина 1780 мм;
• Высота 1550 мм;
• Масса 4200 кг.

 

 

3.1 Расчёт и выбор мощности электродвигателей

 

Расчет электродвигателя главного движения производится по методике [3].

 

Выбор мощности электродвигателя N, кВт, определяется по формуле

                                               (3.1)

где Pz – сила резания, кГ;

 v – скорость резания, м/мин.

 

Скорость резания определяется по формуле:

                                          (3.2)

где Сv – коэффициент, характеризующий свойства обрабатываемого материала резца, а также вид токарной обработки;

 T – стойкость резца, мин;

t – глубина резания, мм;

S – подача, мм/об;

m, Xv, Yv – показатели степени, зависящие от свойств обрабатываемого материала резца и вида обработки;

Kv – поправочный коэффициент, учитывающий влияние на скорость резания.

Стойкость резца Т принимается равной 60 минут [3].

Глубина резания t для черновой обработки равна от 3 до 30 мм [3]. Принимаем t = 7 мм.

По паспортным данным подача составляет S = 0,24 мм/об.

Показатели степени и коэффициент Cv определяется по [3].

Результаты выбора показателей степени и коэффициента Cv свожу в таблицу3.1.

 

Таблица 3.1 – Коэффициент и показатели степени для продольного точения заготовок из  конструкционной стали резцами из быстрорежущей стали при подаче S = 0,24 мм/об

Сv	Xv	Yv	m
87,5	0,25	0,33	0,125

 

Kv  представляет собой произведение из ряда коэффициентов:

                              (3.3)

где Kmv – поправочный коэффициент, учитывающий влияние механических свойств материала на скорость резания;

Knv – поправочный коэффициент на скорость резания, учитывающий состояние поверхности заготовки. Принимаю для заготовки с

поверхностью без корки Knv = 1 [3];

Kuv - поправочный коэффициент на скорость резания, учитывающий влияние материала режущей части резца. Принимаю Kuv = 1 [3];

Kov – поправочный коэффициент на скорость резания, учитывающий влияние вида обработки. Принимаю для продольного точения Kov = 1 [3];

Kφv, Kφ1v, Krv, Kqv – поправочные коэффициенты на скорость резания, учитывающие влияние параметров резца, принимаемые согласно [2] в зависимости от главного угла в плане φ, град, принятого φ = 30°.

Результаты выбора поправочных коэффициентов Kφv, Kφ1v, Krv, Kqv на скорость резания, учитывающих влияние параметров резца свожу в таблицу3.2.

 

Таблица 3.2 - Поправочные коэффициенты на скорость резания, учитывающие      влияние параметров резца

Kφv	Kφ1v	Krv	Kqv
1,2	0,97	1	0,97

 

Kmv рассчитывается по формуле

                                                                                              (3.4)         

где Cm и nv – коэффициенты для расчета коэффициента Kmv.

Принимаю для углеродистой стали (С ≤ 0,6%): Cm = 1, nv = 1,75; σв = 75 кГ/мм2 по [3].

Подставляю значения поправочных коэффициентов в формулу (3.3)

Скорость резания по формуле (3.2)

Осевая составляющая силы резания Px определяется по формуле

                                        

                                       (3.5)

где Cp – постоянная для данных условий резания;

t – длина лезвия резца, мм;

Kp – поправочный коэффициент, учитывающий изменения против табличных условий резания.

Расчет будет производиться для осевой составляющей силы резания, а, затем, сила резания будет выражена из составляющей. Для этого выписываются необходимые показатели.

Постоянную Cp и показатели степени  Xp,Yp,np для каждой из составляющих силы  резания определяется по [3].

Результаты  выбора постоянной Cp и показателей степени  Xp,Yp,np для осевой составляющей силы резания Px сводятся в таблицу3.3.

 

Таблица 3.3 - Постоянная Cp и показатели степени  Xp,Yp,np для осевой составляющей силы резания

Cp	Xp	Yp	np
67	1,2	0,65	0

 

Kp представляет собой произведение из ряда коэффициентов

                                      (3.6)

где Kmp – коэффициент, учитывающий влияние механических свойств материала на силы резания;

Kφp, Kγp, Kλp, Krp – коэффициенты, учитывающие влияние геометрических параметров режущей части инструмента на силы резания, определяемые по [2].

Результаты выбора коэффициентов Kφp, Kγp, Kλp, Krp, учитывающих влияние геометрических параметров режущей части инструмента на силы резания сводятся в таблицу3.4.

 

Таблица 3.4 – Поправочные коэффициенты Kφp, Kγp, Kλp, Krp

Параметры		Поправочные коэффициенты
Наименование	Величина	Обозначение	Величина коэффициента
Главный угол в плане φв, град	30	Kφp	0,7
Передний угол γв, град	20	Kγp	1
Угол наклона главного лезвия λ, град	0	Kλp	1
Радиус при вершине r, мм	1	Krp	1

 

Коэффициент Kmp определяется по [3].

                                            (3.7)

где  np – показатель степени для расчета коэффициента, учитывающего влияние механических свойств материала на силы резания, определяемый по [3].

Принимается np = 1,5.

Подставляются значения коэффициентов в формулу (3.6)

 

Определятся по формуле (3.5) осевая составляющая силы резания

Выражается сила резания согласно [4]

Подставляются полученные значения силы резания и скорости резания в формулу (3.1)

Мощность электродвигателя привода главного движения равна мощности резания с учетом потерь. Привод движения подачи также осуществляется от электродвигателя главного движения. Для этого, при выборе электродвигателя, учитывается КПД передач. В этом случае мощность двигателя определяется по формуле

                                      

                                                     (3.8)

где ηдв – КПД двигателя;

ηп – КПД передач привода подач.

КПД берутся согласно [3].

Мощность двигателя определяется по формуле (3.8)

При постоянной нагрузке определяется мощность Pдв механизма, приведенного к валу двигателя, и по каталогу выбираю двигатель, имеющий ближайшую не меньшую номинальную мощность Pн

                                                   (3.9)

Выбирается двигатель стандартной серии АИР по каталогу [4] с синхронной частотой вращения . Результаты выбора свожу в таблицу3.5.

Таблица 3.5 – Технические данные выбранного двигателя

Тип двигателя	Pн, кВт	КПД, %	cosφ	Sн, %					Момент инерции, кг∙м2	Масса, кг
АИР160М4	18,5	90,5	0,89	3	1,9	2,9	1,8	7	0,1	110

 

Расчет электродвигателя насоса охлаждения производится по методике [4].

Мощность электродвигателя насоса Pдв, кВт, рассчитывается по формуле:

                                (3.10)

где kз – коэффициент запаса;

ρ – плотность перекачиваемой жидкости, кг/м3;

g – ускорение свободного падения, м/с2;

Q – производительность насоса, м3/с;

H – статический напор, м;

ΔH – потеря напора в трубопроводах, м;

ηном – КПД насоса;

ηп – КПД передач.

Данные для расчета выбираются по справочнику [2]. Результаты выбора сводятся в таблицу 3.6.

 

Таблица 3.6 – Результаты выбора данных для расчета насоса охлаждения.

kз	ρ, кг/м3	Q, м3/с	H+ΔH, м	ηном	ηп
1,3	980	0,917∙10-3	4	0,45	0,9

 

Рассчитывается по формуле (3.10) мощность двигателя насоса охлаждения

При постоянной нагрузке определяется мощность Pдв механизма, приведенного к валу двигателя, и по каталогу выбирается двигатель, имеющий ближайшую не меньшую номинальную мощность Pн..

Выбирается двигатель стандартной серии АИР по каталогу [4] с синхронной частотой вращения . Результаты выбора сводятся в таблицу 3.7.

 

Таблица 3.7 – Технические данные выбранного двигателя

Тип двигателя	Pн, кВт	КПД, %	cosφ	Sн, %					Момент инерции, кг∙м2	Масса, кг
АИР50В2	0,12	63	0,75	11,5	2,2	2,2	1,8	4,5	0,000028	2,8

 

Расчёт электродвигателя ускоренного перемещения суппорта производится по [4].

Выбор мощности электродвигателя N, кВт, определяется по формуле

                                               (3.11)