Дипломная работа: Модернизация электрооборудования и схемы управления токарно-винторезного станка

Электропривод токарно-винторезного станка 16Б16П питается от сети переменного напряжения 380 В.

Напряжение цепи управления  110 В переменного тока, напряжение цепи управления электромагнитными муфтами  24 В постоянного тока .Напряжение цепи местного освещения 24 В переменного тока, цепи сигнализации 29 В переменного тока.

Электропривод станка состоит из четырех трехфазных асинхронных электродвигателей:

привода шпинделя типа 4АМI32М8/4У3 мощностью 5 кВт, n=1500 об/мин, U=380 В;

привода быстрых перемещений каретки и суппорта типа ДПТП224СIУ3 мощностью 0,37 кВт, n=1500 об/мин, U=380 В;

привода насоса охлаждающей жидкости типа X1422МУХЛ4 мощностью 0,12 кВт, n=3000 об/мин,U=380 В;

привода насоса смазки,в комплекте со станцией смазки С4814 мощностью 0,12 кВт, n=3000 об/мин,U=380 В;

Электродвигатели установленные на станке имеют низкий коэффициент полезного действия, и создают много шума в работе.

Коробка скоростей главного привода станка имеет две электромагнитные муфты, посредствам которых осуществляется пуск и торможение шпинделя станка.

Органы управления станком сосредоточены в шкафу управления.

На станке размешается пульт управления . На нем находятся следующие кнопки:

рукоятка включения электрооборудования станка в сеть;

рукоятка включения насоса охлаждения;

рукоятка переключения скорости главного электродвигателя;

кнопка включения ускоренных ходов каретки и суппорта;

рукоятка пуска станка и реверсирования шпинделя;

кнопка аварийная;

кнопка пуска главного электродвигателя;

Также на пульте управления находится сигнальная лампа HL2, сигнализирующая наличие питания сети и HL1,сигнализирующая наличие питания трансформатора.

Установленные автоматические выключатели устарели и не отвечают требованиям безопасности . Они нуждаются в замене на более современные с лучшими характеристиками.

Необходимая скорость вращения двигателя М1 главного привода задается установкой переключателя S1 в положение 1 –первая, малая скорость, или в положение 2 –вторая скорость.

Установкой рукоятки вводного выключателя F1 в положение 1 электрооборудование станка подключается к питающей сети и включается сигнальная лампа НL1.

При воздействии на кнопку управления S7 включается реле К2, К3,КТ и магнитные пускатели К1, К7 . Магнитный пускатель К7 включает электродвигатель М1 главного привода, а магнитный пускатель К1 –электродвигатель М4 станции смазки.

После запуска электродвигателя М1 могут быть включены: переключателем S11 –магнитный пускатель К10 электронасоса охлаждения М3, а рукояткой управления, левой или правой –шпиндель станка. Перемещение каретки может происходить независимо от запуска электродвигателя М1; кнопкой управления S10 включается магнитный пускатель К9 электродвигателя М2 быстрых перемещений каретки и суппорта.

Работа одновременно двумя рукоятками управления, например, включение шпинделя правой рукояткой, а отключение левой –невозможно.

Если одной из рукояток шпиндель включен –вторая рукоятка никакого действия на работу привода не оказывает, так как, если работает правой рукояткой, реле К2 оказывается отключенным, а при работе левой рукоятки отключается реле К3 . Но, если обе рукоятки находятся в нейтральном положении и реле К2 и К3 включены, то начинать работу можно любой рукояткой управления.

Для останова шпинделя рукоятку управления следует перевести из положения 3 в положение 2 “Шпиндель стоп”.При этом контакты переключателя s9 в цепях 3 и 5 замыкаются и включается реле КЗ, а контакт в цепи 9 размыкается и отключает реле К4 и через него К6 . Контакт К6 в цепи 25 отключает электромагнитную муфту Y1, а в цепи 27 включает электромагнитную муфту Y2 . Шпиндель тормозится и останавливается, но электродвигатель М1 продолжает вращаться в прямом направлении . После останова шпинделя реле К11 отключается и отключает электромагнитную муфту Y2.

При торможении реле К11 включается и отключается с помощью модуля времени АТ . Время торможения шпинделя задается в пределах 2…3 секунды и регулируется потенциометром модуля времени АТ1.

Чтобы включить обратный ход шпинделя “Шпиндель назад “, рукоятку управления следует перевести из положения 2 “Шпиндель стоп “ в положение 1 “Шпиндель назад”. При этом контакты переключателя S9в цепях 3 и 5 размыкаются и реле КЗ отключается, а контакт S9 в цепи 10 замыкается и включает реле К5.

При включении реле контакт К5 в цепи 13 размыкается и отключает магнитный пускатель К7 хода вперед электродвигателя М1 главного привода, контакт К5 в цепи 15 замыкается, включает магнитный пускатель К8 хода назад, и электродвигатель М1 начинает вращаться в обратном направлении .Другой контакт реле К5 в цепи 12 включит реле К6.

Контакт К6 в цепи 25 замыкается, включает электромагнитную муфту Y1, и шпиндель станка начинает вращаться в обратном направлении.

Для останова шпинделя рукоятку управления из положения 1 следует перевести в положение 2 “Шпиндель стоп” . При этом контакты переключателя S9в цепях 3 и 5 замыкается и включается реле КЗ, контакт S9 цепи 10 размыкается и отключается реле К5 . Обесточенное реле К6отключает электромагнитную муфту Y1 и включает электромагнитную муфту Y2 . При отключении реле К5 магнитный пускатель К8 остается включенным и двигатель М1 продолжает вращаться в обратном направлении.

При управлении шпинделем станка правой рукояткой управления команда“Шпиндель вперед“ или “Шпиндель назад“ подается переключателем S8 . При подаче этих команд переключателем S8 реле К2 отключается, а реле К3 остается включенным . В остальном действие электросхемы аналогично действию при управлении шпинделем станка левой рукояткой управления.

Релейноконтакторная схема используемая для управления станком 16Б16П обладает следующими недостатками:

низкая надежность;

большая потребляемая мощность;

большие габариты схемы;

затраты энергии на срабатывание;

при длительном хранении катушки реле стареют.

Используемое напряжение 110 В, для цепи управления не отвечает нынешним требованиям ГОСТа и является опасным для работающих на станке.

Контакты реле и пускателей изнашиваются, в них возникает искрение,что может привести к возникновению пожара.

Тепловые реле используемые для защиты электродвигателей от перегрузки устарели и не могут обеспечить надежную защиту.

Понижающий трансформатор используемый для питания цепей управления и местного освещения уже устарел, нуждается в замене .Он потребляет большую мощность при низком коэффициенте полезного действия.

В связи с указанными недостатками возникает необходимость модернизации станка 16Б16П.

2.3 Предложения по модернизации

Схему управления станком 16Б16П переводим на постоянное напряжение 24В, которое является безопасным для обслуживающего персонала и повышает надежность работы схемы . Для питания местного освещения используем источник питания с напряжением 24В переменного тока . Силовая цепь питается напряжением 380В, частотой 50Гц;

Производим замену устаревших типов электродвигателей на современные серии АИР и RA . В них применены высокопрочные алюминиевые сплавы и пластмассы, использована более совершенная система вентиляции, обеспечивающая снижение температуры нагрева двигателей. Также применены подшипники с улучшенными виброакустическими характеристиками, что позволит снизить уровень шума при работе электродвигателя и повысить надежность;

Применяем современные конструкции аппаратов управления и защиты . Они обладают более высокой надежностью, меньшим шумом в работе и меньшими габаритами и массой;

В данной схеме применяется большое коли чество магнитных пускателей, что делает схему энергоемкой, а также приводит к большому коли честву переключений, изза чего снижается надеж ность схемы . Поэтому магнитные пускатели заменяем тиристорными, с управлением на герконовых реле . Двигатель быстрых перемещений суппорта, а также двигателя насоса охлаждения и насоса смазки включаем с помощью герсиконового контактора . Герконовые реле и герсиконовые контакторы имеют гермитичные магнитоуправляемые контакты, находящиеся в среде защитного газа . В результате их контактная система имеет повышенную износостойкость и надежность контактирования. Контакты не окисляются, не загрязняются и не требуют постоянного ухода и обслуживания;

Производим замену плавких предохранителей в силовой цепи на автоматические выключатели, которые обладают более высокой надежностью и быстродействием;

Защиту цепей управления и местного освещения осуществляем при помощи предохранителей.

2.4 Выбор электродвигателей

Электродвигатели выбирают по следующим условиям:

по роду тока и величине напряжения;

по конструктивному исполнению;

по степени защиты от воздействия окружающей среды;

по частоте вращения ротора;

по мощности.

Покажем выбор электродвигателя для главного привода. Выбор осуществляем по условиям:

nном nмех ( )

Рном Рz / ( )

где nном – номинальная частота вращения электро

двигателя, об/мин;

nмех – частота вращения входного вала механизма,

об/мин;

Рном –номинальная мощность электродвигателя,кВт;

коэффициент полезного действия станка, по

паспорту принимаем =0,9.

По условиям ( ) и ( ) имеем:

nном 1500 об/мин

Рном 4,47/0,9 = 4,97 кВт

По ( ) выбираем электродвигатель марки АИР112М4 с Рном =5,5 кВт, ном= 85,5 %, nном= 1500 об/мин, cos =0,86, Iп/Iном=7,0.

Выбор электродвигателей М2М4 аналогичен . Данные выбора заносим в таблицу 3.

Номинальный ток электродвигателя Iном, А, определяем по формуле:

Iном = Рном / ( 3 Uc ном cos ном ), ( )

где Uc –номинальное напряжение сети, кВ;

ном– коэффициент полезного действия электро

двигателя, о.е.;

cos ном –номинальный коэффициент мощности, о.е..

Пусковой ток электродвигателя Iп, А, определяем по формуле:

Iп = Iном Iп/Iном, ( )

где Iп/Iном –кратность пускового тока, о.е.

Для электродвигателя М1 по формулам ( ) и ( ) имеем:

Iном = 5,5 /( 3 0,38 0,855 0,86 ) =11,3 А

Iп =11,3 7 =79,1 А

Расчет номинальных и пусковых токов остальных электродвигателей аналогичен . Данные заносим в таблицу 3.

Таблица 3

2.5 Разработка схемы управления и описание ее работы

Разработку схемы управления токарновинторезного станка модели 16Б16П ведем согласно с предложениями по модернизации .Схема электрическая принципиальная после модернизации представлена на листе2 графической части проекта.

Перед началом работы станка необходимо электрическую часть подключить к цеховой сети посредствам автоматического выключателя QF2, при этом загорается сигнальная лампа HL1.

Необходимая скорость вращения электродвигателя М1, задается установкой переключателя SА1 в положение 1 –первая, малая скорость, или в положение 2 –вторая скорость.

При воздействии на кнопку управления SВ2 включаются герконовые реле КV7, КV8,КV3 и герсиконовый контактор КМ3. Герконовое реле КV3 включает электродвигатель М1 главного привода замыкая свои контакты КV3.1КV3.3 в цепи тиристорного пускателя.

Рассмотрим работу тиристорного блока на примере фазы А . В момент похождения положительной полуволны напряжения на фазе А,происходит открытие тиристора VS1 ( так как положительная полуволна является прямой для VS1 ) и закрытие тиристора VS2 (так как положительная полуволна является обратной для VS2 ). Формируется открывающий импульс тока в цепи управления тиристора VS1. Открывающий импульс на управляющий электрод тиристора VS1 подается по цепи : фаза А, диод VD1, токоограничивающий резистор R1, Замыкающий контакт KV2.1, управляющий электрод тиристора VS1, катод тиристора VS1 . Тиристор VS1 открывается и на фазе А двигателя М1 появляется напряжение . Ток на обмотку статора двигателя поступает по цепи : фаза А, тиристор VS1, обмотка статора двигателя М1, тиристор VS4 – фаза В или тиристор VS6 – фаза С . В следующий полупериод прохождения отрицацельной полуволны напряжение в фазе А происходит закрытие тиристора VS1, и открытия тиристора VS2 . Открывающий импульс на управляющий электрод тиристора VS2 поступает по цепи : другая фаза ( на которой сейчас положительная полуволна ), обмотка статора двигателя М1, диод VD2, замыкающий контакт KV2.1, токоограничивающий резистор R1, управляющий электрод тиристора VS2 . Тиристор VS2 открывается и на обмотке двигателя появляется напряжение . В остальных фазах работа тиристорных блоков аналогична.

Герсиконовый контактор КМ3, замкнув свой контакт КМ3.1 включает электродвигатель М4 станции смазки.

После запуска электродвигателя М1 могут быть включены: переключателем SA3 –герсиконовый контактор КМ2 электронасоса охлаждения М3.

Нажатием кнопки управления SB3 включается герсиконовый контактор КМ1 электродвигателя быстрых перемещений каретки и суппорта М3.

Работа одновременно двумя перключателями управления, например, включение шпинделя переключателем SA4, а отключение переключателем SA5 –невозможно.

Если одним из переключателей шпиндель включен –второй переключатель никакого действия на работу привода не оказывает, так как, если работает переключатель SA4, герконовое реле КV7 оказывается отключенным, а при работе переключателем SA5 отключается герконовое реле КV8 . Но, если оба перключателя находятся в нейтральном положении и герконовые реле КV7 и КV8 включены, то начинать работу можно любым переключателем управления.

Чтобы включить рабочий ход шпинделя переключателем SA4, его нужно перевести из положения 2 “Шпиндель стоп “ в положение 3 “ Шпиндель вперед “ . При этом герконовое реле KV7 отключается, а герконовое реле KV6 включается и замкнув свой контакт KV6.2 включает герконовое реле KV4.

Герконовое реле замкнув свой контакт KV4.2 включает электромагнитную муфту YC1 и шпиндель начинает вращаться.

Для остановки шпинделя переключатель управления SA4 следует перевести из положения 3 в положение 2 “Шпиндель стоп”.При этом переключатель SA4 включает герконовое реле КV7 и отключает герконовое реле КV6, а через него отключают герконовое реле KV4 . Герконового реле KV4 размыкает свой контакт KV4.2 и отключает электромагнитную муфту YС1, и замыкая свои контакты KV4.1 и KV4.3 включает электромагнитную муфту YС2 . Шпиндель тормозится и останавливается, но электродвигатель М1 продолжает вращаться в прямом направлении . После остановки шпинделя герконовое реле КV1 отключается и разомкнув свой контакт KV1.1 отключает электромагнитную муфту YС2.

При торможении герконовое реле КV1 включается и отключается с помощью модуля времени KT1. Время торможения шпинделя задается в пределах 2…3 секунды.

Чтобы включить обратный ход шпинделя “Шпиндель назад “, переключатель управления SA4 следует перевести из положения 2 “Шпиндель стоп “ в положение 1 “Шпиндель назад”. Переключатель SА4 отключает герконовое реле КV7 и включает герконовое реле КV5.

При включении герконового реле KV5 размыкается его контакт KV5.2 и отключает герконовое реле КV3 хода вперед электродвигателя М1 главного привода . Контакт КV5.1 замыкается и включает герконовое реле КV2 хода назад, каторое, замкнув свои контакты КV2.1КV2.3 осуществит запуск электродвигателя М1 в обратном направлении . Контакт реле КV5.3 замыкается и включает герконовое реле КV4.

Контакт КV4.1 замыкается и включает электромагнитную муфту YС1, и шпиндель станка начинает вращаться в обратном направлении.

Для остановки шпинделя переключатель управления SA4 из положения 1 следует перевести в положение 2 “Шпиндель стоп” . При этом контакты переключателя включают герконовое реле КV7 и отключают реле КV5 . Обесточенное реле КV4 отключает электромагнитную муфту YC1 и включает электромагнитную муфту YC2 . При отключении реле КV5 магнитный пускатель КV2 остается включенным и двигатель М1 продолжает вращаться в обратном направлении.

При управлении шпинделем станка переключателем управления SA5 при подаче команд “Шпиндель вперед“ или “Шпиндель назад“ происходит включение герконового реле КV7 и отключение герконового реле КV8 . В остальном действие электросхемы аналогично действию при управлении шпинделем станка левой рукояткой управления.

Отключение станка осуществляется переводом рукоятки выключателя QF2 в положение “ Отключено “

На станке имеется амперметр А1, измеряющий нагрузку главного электродвигателя М1.

Защита от токов короткого замыкания осуществляется с помощью плавких предохранителей FU1FU3 и автоматических выключателей QF2, QF3.

Защита электродвигателей от перегрузок осуществляется тепловыми реле КК1КК3.

2.6 Выбор элементов схемы

Выбор силовых тиристоров производим по следующим условиям:

по току тиристора:

Iном.т (0,5 Imaxкр )/( 2 Ко Ко К Кф) ; (12 )

по обратному напряжению тиристора:

Uобр.ном.т 1,1 2 Uс, (13 )

где Iном.т –номинальный ток тиристора, А;

Imaxкр максимальный возможный ток через тиристор,

А;

Ко –коэффициент учитывающий условия охлаждения,

Ко =0,5;

Ко коэффициент учитывающий загрузку тиристора в

зависимости от температуры окружающей среды,

Ко =1;

К коэффициент учитывающий угол проводимости

Тиристора К =1;

Кф коэффициен учитывающий форму тиристора,

Кф=1,1;

Uобр.ном.т – обратное номинальное напряжение

тиристора, В;

Произведем выбор тиристоров VS1VS10 в цепи питания двигателя главного движения М1.

Максимальный кратковременный ток через тиристор в нашем случае принимаем равным пусковому току двигателя М1.

По условиям (12) и (13) получим:

Iном.т (0,5 79,1 )/( 2 0,5 1 1 1,1) =35,9 А

Uобр.ном.т 1,1 2 380 =591,1В

Так как в схеме не предусмотрена защита от перенапряжений с помощью RC цепочек, то выбираем тиристоры по напряжению на два класса выше, чем получилось по расчету.

По ( ) выбираем тиристоры VS1VS10 класса Т122206 с Iном.т=40А, Uобр.ном.т=800В, Iупр.т=0,18А, Uупр.т=4B.

Выбор диодов для тиристорного пускателя производим по следующим условиям:

Uобр 2 Uс, ( 14 )

Iпр.доп Iупр.т, ( 15 )

где Uобр  обратное допустимое напряжение диода, В;

Iпр.доп  допустимый прямой ток диода, А.

Произведем выбор диодов VD1VD10 для тиристорного пускателя в цепи двигателя главного движения М1.

По условию (14) и (15) получим:

Uобр 2 380 = 537,4 В

Iпр.доп 0,18 А

По ( ) выбираем диоды VD1VD10 марки КД105В с Iпр.доп=0,3 А, Uобр=600В.

Выбор резисторов для тиристорного пускателя производим по следующим условиям:

Rp (0,05 Umax  Uупр.т ) / (1,1 Iупр.т) ; (16 )

Ррас. Iупр.т. Rp, (17 )

где Rp активное сопротивление резистора, Ом;

Umax максимальное значение напряжения сети, В;

Pрас мощность рассеивания резистора, Bт.

Максимальное напряжение сети определяем по формуле:

Umax 2 Uс ( 18 )

Umax 2 380 =537,4

Произведем выбор резисторов R1R5 для тиристорного пускателя в цепи двигателя главного движения М1.

По условию ( 16 ) и ( 17 ) получим:

Rp (0,05 537,4  4 ) / (1,1 0,18) = 115,5 Ом

Ррас. 0,18. 115,5 =3,74 Вт

По ( ) выбираем резисторы R1R6 марки С535В с Р=7,5Вт, R=120 Ом.

Выбор герсиконовых контакторов производим по условиям:

Uном.к.к Uц.у. ; ( 19 )

Iном.кон. Iдл.к.ц., ( 20 )

где Uном.к.к  номинальное напряжение катушки контак

тора, В;

U ц.у.. напряжение цепи управления, В;

I ном.кон. номинальный ток контактов контактора, А;

I дл.к.ц.. длительный ток коммутируемой цепи, А.

Произведем выбор герсиконового контактора КМ1 . В данном случае I дл.к.ц.. будет равен номинальному току двигателя М2.

По условиям (19) и (20) получим:

U ном.к..к 24 В

I ном.кон.. 0,9 А

По ( )выбираем герсиконовый контактор КМ1 марки КМГ18193000У.2.04 с Uном.к.к=24B,.Iном.кон. =6,3 A, Pпотр=4 Вт.

Выбор оставшихся герсиконовых контакторов аналогичен, данные выбора заносим в таблицу 4.

Таблица 4

Выбор промежуточных герконовых реле для управления тиристорами производим по условиям:

по напряжению:

U ном.к.р U ц.у. ; ( 21 )

по току контактов реле:

I ном.кон.р I дл.к.ц ; ( 22 )

по количеству и виду (замыкающие, размыкающие ) контактов.

где U ном.к.р  номинальное напряжение катушки реле, В;

I ном.кон.р  номинальный ток контактов реле, А.

Произведем выбор герконового реле KV2 .В данном случае Iдл.к.ц равен току управления тиристорами.

По условиям ( 14 ) и ( 15 ) получим:

U ном.к.р 24 В

I ном.кон.р 0,18 А

требуется три замыкающихся и один размыкающий контакт.

По ( ) выбираем герконовое реле KV2 состоящее из двух : реле марки РПГ010421 с числом замыкающихся контактов –четыре, Рпотр=1,5 Вт, I ном.кон.р =1A, U ном.к.р= 24 В и реле марки РПГ110222 с числом размыкающихся контактов –два, Рпотр=1,4 Вт, I ном.кон.р =1A, U ном.к.р= 24 В.

Выбор оставшихся герконовых реле аналогичен, данные выбора заносим в таблицу 5.

Таблица 5

Выбор реле времени КТ производим по условиям (21), (22) и по величине выдержки времени:

Страницы: 1, 2, 3