/
Author: Харизоменов И.В.
Tags: электроника электрооборудование металлорежущие станки станки станкостроение
Year: 1958
Text
chipmaker.ru
ИВ ХАРИЗОМЕНОВ
Chipmaker.ru
ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ
ОБОРУДОВАНИЕ
МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ
СТАНКОВ
м л ш 1 из
chipmaker.ru
И. В. ХАРИЗОМЕНОВ
Профессор, доктор технических наук
Chipmaker.ru
ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ
ОБОРУДОВАНИЕ
МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ
СТАНКОВ
Допущено Министерствам высшего образования СССР
в качестве учебника для машиностроительных вузов
ИЗДАНИЕ ВТОРОЕ,
ДОПОЛНЕННОЕ И ПЕРЕРАБОТАННОЕ
\
МАШГИЗ
ГОСУДАРСТВЕННОЕ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ИЗДАТЕЛЬСТВО
МАШИНОСТРОИТЕЛЬНОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
Москва 1958
chipmaker.ru
В книге праве ены системы и электромеханические
свойства электропривода станков, основы динамики,
аппаратура электрификации станков, электрическое
управление, методы и схемы электрической автомати
заиии металлорежущих станков.
Книга содержит комплекс основных сведений, необхо-
димых инженеру, конструирующему или эксплуатирую-
щему современные металлорежущие станки.
В книге освещены новейшие достижения в области
электрификации станков в Советском Союзе и за гра-
ницей и основные тенденции развития электрификации
станков.
Книга предназначена в качестве учебника для сту-
дентов машиностроительных вузов.
Рецензент канд. техн, наук В. Г. Зусман
Редактор канд. техн, наук Г. П Халк зев
Редакция литературы по мета члообработке и станкостроению
Зав. редакцией инж. Р. Д. БЕИЗЕЛЬМАН
Chipmaker.ru
ПРЕДИСЛОВИЕ
В книге рассмотрен комплекс вопросов, связанных с электри-
ческим оборудованием металлорежущих станков. Особое внимание
уделено электрическому управлению, электрической автоматизации,
а такжз практическому осуществлению широких возможностей элек-
трификации станков в порядке учебного проектирования.
Освещены новейшие достижения в области электрификации оте-
чественных и зарубежных станков и тенденции ее развития.
Книга соответствует программам, утвержденным МВО. Она
написана на основе опыта преподавания данного курса во втузах,
на основе трудов отечественных и зарубежных ученых по теории
электрического привода и учебных пособий по рассматриваемому
курсу.
Для понимания изложенных в книге вопросов достаточно знания
курса общей электротехники в объеме, обычном для машинострои-
тельных вузов.
Последовательность изложения материала книги соответствует
порядку изложения соответствующих вопросов в программе по курсу
общей электротехники, утвержденной Министерством высшего обра-
зования. Поэтому, например, свойства асинхронных двигателей
рассматриваются ранее свойств двигателей постоянного тока.
Инженеру-механику, конструирующему станок, известны обычно
только те ограниченные технические данные электродвигателей,
которые указаны в каталоге. Поэтому в книге значительное внимание
удзлено использованию каталожных данных электродвигателей.
Различные процессы работы каждого электрического двигателя
в книге рассматриваются комплексно, в непосредственной связи
друг с другом. При таком изложении исключается необходимость
1*
chipmaker.ru
многократного возвращения к изучению свойств одного и того же
двигателя, а также сохраняется порядок изложения, принятый
в курсе общей электротехники.
Вопросы, известные студентам-машиностроителям, приступив-
шим к изучению электрооборудования станков, в настоящей книге
не рассматриваются.
При подготовке второго издания книги были учтены материалы
широкого обсуждения первого ее издания работниками промыш-
ленности и вузов, где, наряду с общей положительной оценкой
книги, были высказаны .некоторые пожелания к новому ее изданию,
а также рецензии, опубликованные в периодической печати как
отечественной, так и иностранной.
Chipmaker.ru
ВВЕДЕНИЕ
Основная масса деталей машин всех отраслей народного хозяйства
изготовляется на металлорежущих станках. Поэтому от развития
станкостроения зависит уровень развития всего отечественного
машиностроения.
Высокая производительность металлорежущих станков обеспе-
чивает высокие темпы производства новых машин, необходимых для
широкой механизации всех отраслей промышленности и сельского
хозяйства.
В связи с этим электрификация и электрическая автоматизация
станков, обеспечивающие увеличение производительности труда во
всех областях машиностроения, имеют весьма важное значение.
В современном станкостроении особое место принадлежит сред-
ствам электрической автоматизации и электрическому приводу. Под
приводом следует понимать машинное устройство, состоящее из
двигателя и механических передач, сообщающих движение рабочим
органам производственной машины. В зависимости от типа привод-
ного двигателя различают приводы гидравлические, паровые, пнев-
матические, электрические и т. д.
Электрическим приводом может быть названо устрой-
ство, состоящее из: I) электродвигателя; 2) аппаратуры
управления им; 3) механических передач, связывающих
электродвигатель с рабочими органами производственной машины.
Первый электрический двигатель был предложен в 1834 г рус-
ским академиком Б. С. Якоби. В этом двигателе вращение получалось
путем взаимодействия системы подвижных и системы неподвижных
электромагнитов, токи в которых переключались во время вращения
двигателя специальным переключателем. В 1838 г. Б. С. Якоби
создал первый электропривод. Его электродвигатель, установленный
на лодке, со значительной скоростью двигал ее с 12 пассажирами
по Неве. Источником питания служили батареи гальванических
элементов. Работы Якоби показали возможность практического
применения электропривода.
Решающее значение для развития электропривода имело изобре-
тение в 1891 г. русским инженером М. О. Доливо-Добровольским
трехфазных асинхронных двигателей. Эти простые, дешевые и надеж-
ные машины до настоящего времени являются основными двигате-
лями в промышленных предприятиях во всем мире. Подавляющее
chipmaker.ru
Введение
6
большинство металлорежущих станков также приводится в дви-
жение этими электродвигателями.
Рассмотрим основные этапы развития электрического npi вода
металлорежущих станков.
Долгое время для привода всех станков и других производствен-
ных машин предприятия применяли одну паровую машину доста-
точной мощности. Эта машина вместе с котельной помещалась на
заводском дворе. Движение от паровой машины передавалось в про-
изводстеенное здание (обычно многоэтажное) при помощи ременных
или канатных передач; внутри производственных помещений дви-
жение распределялось посредством многочисленных трансмиссий.
В дальнейшем паровую м; шину заменил электродвигатель. Паро-
вая же машина, связанная с генератором электрической энергии,
обратилась в отдельную электрическою станцию, которая могла
быть построена в стороне от завода. Электрические станции начали
строить вблизи залежей )гля, торфа и пр.
Электродвигатель устанавливался в заводском корпусе, и необ-
ходимость механической передачи движения через заводские дворы
и сгепы заводских корпусов отпала. Однако неудобства распределе-
ния энергии внутри здания посредством междуэтажных механических
передач послужили причиной возникновения группового при-
вода. В этом случае производственные машины разбивались на боль-
шие группы, приводимые в движение отдельными крупными электро-
двигателями. Движение к отдельным станкам по-прежнему переда-
валось посредством трансмиссий. Весь цех при этом был заполнен
многочисленными валами и ременными передачами, которые загора-
живали свет, поднимали пыль, часто увечили рабочих. Такой привод
был мало экономичным, так как потери в трансмиссиях были велики.
Групповой привод является характерным для промышленных пред-
приятий дореволюционной России в 1910—1916 гг.
Недостатки группового привода привели к появлению и широкому
распространению одиночного привода, где каждый станок снаб-
жается отдельным электродвигателем. При одиночном электрическом
приводе значительно улучшаются условия труда, облегчаются пла-
нировка цеха, работа подъемных кранов и уменьшаются строитель-
ные расходы. Одиночный привод влияет и на конструктивные формы
металлорежущего станка. Применение электродвигателя со специ-
фическими электромеханическими свойствами и удобным конструк-
тивным оформлением приводит к постепенному срастанию электро-
двигателя со станком.
Работа на металлорежущем станке сопровождается многочислен-
ными ручными операциями. Например, у токарного станка рабочему
приходится зажимать заготовку, перемещать каретку, подводить
и отводить суппорт и т. д. Труд рабочего может быть значительно
облегчен, если эти операции будут производить вспомогательные
электродвигатели. В области тяжелого станкостроения это мероприя-
тие является обязательным, так как при большом весе суппорта рабо-
Введение
7
чип даже при значительном физическом напряжении смог бы пере-
мещать суппорт со скоростью, не превышающей нескольких милли-
метров в минуту.
Станок с многодвигательным приводом не требует
ст рабочего затраты тяжелого физического труда. Рабочему остается
лишь командовать вспомогательными прьводсми станка, включая
и выключая их. Применение мпогодвигательного привода повышает
производительность труда благодаря сокращению времени, затрачи-
ваемого рабочим на вспомогательные перемещения элементов станка,
и за счет применения электрического регулирования скорости.
Многодвигательный электропривод, который обеспечивает автома-
тическое выполнение тех или иных производственных операций
и согласование отдельных движений, называется автоматизи-
рованным электроприводом. Применение такого привода харак-
теризуется дальнейшим облегчением условий труда и значителы ьм
повышением его производительности.
В связи с широким распространением скоростного резания метал-
лов и резким сокращением машинного времени обработки на стан-
ках серьезным фактором повышения произвед [тельности станков
является снижение доли вспомогательного времени в общем штуч-
ном времени обработки деталей. Эту задачу успешно решает при-
менение автоматизированного многодвигательного электропривода.
Характерной тенденцией развития электрического привода ме-
таллорежущих станков является непрерывное упрощение
механических передач и приближение электродвига-
теля к рабочим органам станка.
Уже при одиночном электроприводе электродвигатель устанавли-
вается на наружных поверхностях станка. Далее появились много-
численные разновидности фланцевых электродвигателей, облегчаю-
щих такую установку, причем конструктивные формы станка и элек-
тродвигателя начали согласовываться друг с другсм Применение
электродвигателей с электрическим регулированием скорости позво-
лило резко упростить коробки скоростей станков. Все это повело
к сокращению и упрощению механических передач от вала электро-
двигателя к рабочим органам станка.
Далее появились электродвигатели, предназначенные для встройки
их внутрь станка, причем вал электродвигателя являлся шпинделем
или одним из валов промежуточных передач станка. Такого рода дви-
гатели получили применение, например, у плоскошлифовальных
и быстроходных токарных станков. На этом этапе развития электро-
привода произошло слияние электродвигателя с рабочими органами
станка, и промежуточная передача отпала полностью.
Все операции по пуску станка, его переключению на обратный
ход, регулированию его скорости и торможению возложены в данном
случае на электрический двигатель.
Помимо цепи главного движения, каждый станок имеет цепи
подачи и цепи вспомогательных перемещений. При одиночном элек-
chipmaker.ru
g Введение
троприводе все эти Движения осуществлялись с помощью одного
электродвигателя. Для передачи движения от этого двигателя к от-
дельным узлам станка, требующим перемещения, сооружались меха-
нические передачи, которые зачастую имели значительную протя-
женность и разветвленность и сильно усложняли станок. Благодаря
применению многодвигательного электрического привода многие
из этих передач были упразднены, вследствие чего конструкции
станков стали значительно проще. Такое упрощение было достигнуто,
например, у радиально-сверлильных станков, где применены отдель-
ные электродвигатели для привода шпинделя и насоса, подъема
рукава, зажима колонны и т. д. Подобное же упрощение имело
место у продольно-строгальных, продольно-фрезерных и карусельных
станков, когда для перемещения поперечины и суппортов были уста-
новлены отдельные электродвигатели.
Применение электрической автоматизации способствовало созда-
нию таких производственных комплексов, как автоматические линии
станков, широко распространенные в нашей стране. Развитие электро-
автоматики позволяет связывать друг с другом самые разнообраз-
ные технологические процессы в машиностроении и создавать целые
автоматические заводы, которые облегчают человеческий труд и обес-
печивают невиданную его производительность.
ГЛАВА I
УРАВНЕНИЕ ДВИЖЕНИЯ
§ 1. ОСНОВНЫЕ понятия
При работе металлорежущего станка силы резания и силы тре-
ния в механизмах станка создают на валу электродвигателя момент
сопротивления Мс.
При вращении вала электродвигателя с постоянной скоростью
крутящий момент М, развиваемый двигателем, равен и противопо-
ложен моменту сопротивления Мс. Очевидно, что при вращении
с постоянной скоростью ни один из этих двух моментов не может
быть больше другого. Так, если бы момент М был больше Мс, то
скорость вращения начала бы повышаться, а при Мс > М имело бы
место понижение скорости.
Если в данный момент времени М > Мс, и скорость вращения
станка повышается, то силы инерции движущихся ускоренно эле-
ментов станка и двигателя развивают так называемый динамиче-
ский момент М}, также противодействующий моменту М.
Таким образом, может быть записано равенство
М = Л1С 4- Mj
или, используя выражение динамического момента, известное из
курса механики,
M=Mr + Jd-^. (I)
Это выражение носит название уравнения движения.
При отсутствии ускорения имеем
и движение называется установившимся.
При =/= 0 имеет место переходной процесс, при-
воз Л ([<."> Л
чем при > 0 привод ускоряется, а при < 0 привод замед-
ляется.
При работе металлорежущих станков переходные процессы про-
исходят при пуске и торможении станка, при каждом изменении се-
chipmaker.ru
У равнение движения
10
чения стружки, обусловленном неравномерностью припуска на об-
работку, при изменении вида или режима обработки, числа рабо-
тающих инструментов и т. д.
Зависимость п = f (М) скорости вращения электродвигателя от
момента на его валу при установившемся движении называется
механической характеристикой электроде и-
г а т е л я.
Мсмеит сопротивления Ме может зависеть от скорости, от вре-
мени и от линейного или углового пути, например у кривошипных
и кулисных механизмов.
Таким образом, моменты М и Мс не являются постоянными
и могут выражаться весьма сложными зависимостями.
§ 2. ПЕРЕХОДНЫЕ ПРОЦЕССЫ
Вследствие сложного характера зависимостей, входящих в урав-
нение движения, определение продолжительности переходных про-
цессов представляет собой в ряде случаев значительные трудности.
Решение уравнения движения является простым, если в течение
переходного процесса момент двигателя М и момент сопротивле-
ния Мс являются постоянными величинами.
Время dt, соответствующее изменению угловой скорости на dw,
можно определить из уравнения движения по формуле
Продолжительность всего переходного процесса при изменении
скорости от (Di до может быть найдена путем интегрирования
последнего уравнения
<*>1
. _ С _ J (<О2 -
1 ~ J М - Мс ~ М-Мс
Момент инерции Зкгмсек? и маховой момент GZ)2 кем2 связаны
известным соотношением
где g = 9,81 м/сек?.
Учитывая последнее соотношение и выражая угловую скорость
через скорость вращения в оборотах в минуту, получим
f__ GD2 (п2 — и,) ...
375 (М Мс) ’ ' '
где /—время переходного процесса в сек.;
GG2—маховой момент системы в кем2;
М и Мс— соответственно момент двигателя и момент сопротивле-
ния в кем.
Переходные процессы
1 1
Подставляя в последнее выражение =0; л2 = п, получим фор-
мулу для определения времени пуска электропривода при постоянном
моменте двигателя М и моменте сопротивления Мс:
_ GD2n
1п ~ 375 (М - Л1С)
(5)
Время tm остановки станка после отключения электродвигателя
под действием силы естественного трения называется временем само-
торможения станка. Это время можно определить из той же фор-
мулы (4), подставляя в нее Л4 — 0;
«1 = п;
При
Фиг. 1. Определение времени пу-
скового процесса.
л2 = 0.
этом получим формулу
. _ GD2n
~ а75Мс'
(6)
как время самоторможения
Так
цепей главного движения металло-
режущих станков во многих случаях
оказывается весьма значительным,
то в станкостроении широко исполь-
зуется электрическое торможение.
В этом случае двигатель развивает
момент, направленный против вра-
щения. Для этого случая в фор-
мулу (4) в качестве момента, разви-
ваемого двигателем, следует подста-
вить (—Л1) и принять щ = п\ п-t = 0. Формула для определения
времени торможения при этом примет вид
.________GD2n
1т~" 375 (Л1 -г Мс) '
(7)
Если моменты М и Мс во время переходного процесса не остаются
неизменными, то по формуле (4) можно определить лишь достаточно
малый отрезок времени А/, в течение которого моменты М и Мс
приближенно можно считать постоянными.
Допустим, что в процессе разгона моменты М и Мс изменяются
в зависимости от скорости так, как это указано на фиг. 1, и необ-
ходимо определить время разгона станка до номинальной скорости.
Для решения этой задачи разбиваем участок оси ординат в пре-
делах от нуля до номинальной скорости электродвигателя пн на ряд
одинаковых достаточно малых отрезков Дл. В пределах каждого
из этих отрезков принимаем, что моменты являются постоянными
величинами, равными среднему их значению. Для'определения этих
значений соответствующие участки кривых М и Мс заменяем вер-
тикальными отрезками, проведенными так, чтобы площади накрест
лежащих криволинейных треугольников были равны. На фиг. 1
два из этих треугольников заштрихованы.
chipmaker.ru
Уравнение движения
12
Время разгона, соответствующее каждому из этих участков,
теперь может быть определено по формуле
д> CDS'n
1 ~ 375(М—Л1С) '
(8)
Общее время пуска равно сумме отрезков времени Д/ и может
быть определено по формуле
f __GD2'n f 1___________।____1_____. \ /д\
375 \ Л1, — Л1с1 Л12 - Л1га • ’ / ’ '
где All, М2 . . . и /И(1, Мс2 ... — средние значения движущего
момента и момента сопротивления на каждом из участков.
Фиг. 2. График разгона электро-
привода.
Точность расчета увеличивается
по мере уменьшения величины Ли и,
следовательно, по мере возрастания
числа участков.
Если для каждого отрезка Ди
(фиг. 1) по формуле (8) определять
соответствующие значения А/, то
можно построить зависимость п — f (/).
Эта зависимость, построенная ука-
занным выше способом, представит
собой ломаную линию. По мере
уменьшения отрезков Д/z эта лома-
ная линия обращается в кривую
(фиг. 2), асимптотически приближаю-
щуюся к горизонтали, проведенной
через значение установившейся ско-
рости пу.
Рассмотренный выше способ может быть применен также и к про-
цессам торможения при изменении тормозного момента и момента
сопротивления в зависимости от скорости. В этом случае время тор-
можения можно определить по формуле
_ вРЧп 7 1 1 \ ,10)
m 375 \ М, -г Ма М-. + Ма )’ V ’
где Mi, М2 . . . и Мс1, Mf, . . . —средние значения тормозного
момента и момента сопротивления на каждом из участков.
В станкостроении в большинстве случаев, однако, требуется
определять лишь приближенные значения времени переходных про-
цессов. Поэтому при практических расчетах часто принимают момент
двигателя и момент сопротивления постоянными в течение всего пере-
ходного процесса и равными приближенному среднему значению
моментов, действующих в пределах данного изменения скорости.
Момент сопротивления кинематических цепей стан-
ков во время пуска и торможения создается силами трения в эле-
ментах этих цепей. Величина этого момента сильно зависит от каче-
Переходные процессы
13
ства сборки и от количества, качества и температуры смазки.
После 1—2 час. работы станка вследствие разогревания смазки мо*
мент сопротивления станка уменьшается. При переключении коробки
скоростей и изменении кинематической схемы цепи главного движе-
ния станка величина момента сопротивления сильно изменяется. При
скоростях вращения шпинделя, превышающих 1000—1500 об/мин,
момент сопротивления обычно сильно возрастает.
Как известно, коэффициент трения покоя значительно больше
коэффициента трения движения. Поэтому и момент сопротивления
Wr
Фиг. 3. График момента
сопротивления.
Фиг. 4. График динамического
момента.
кинематической цепи, находящейся в неподвижном состоянии,
в 2—3 раза больше, чем при ее движении (фиг. 3). Несмотря на это,
в случае приближенного определения времени пуска момент сопро-
тивления обычно считают постоянным. Увеличением его при низких
значениях скорости вращения обычно пренебрегают, наблюдая лишь
за тем, чтобы пусковой момент двигателя был больше момента сопро-
тивления неподвижной кинематической цепи станка.
Во всех предыдущих случаях момент двигателя' и момент сопро-
тивления в течение рассматриваемого промежутка времени являлись
или принимались постоянными величинами. Очевидно, что и дина-
мический момент при этом также сохранял неизменное значение.
Рассмотрим теперь случай, когда динамический момент является линейной
функцией скорости вращения.
Допу.тим, что разгон происходит от nt до п2 и динамический момент при
этом изменяется от до /Hj2 (фиг. 4) в соответствии с уравнением
Mj = a-bn. (11)
Уравне ие (2) в этом случае может быть переписано в виде
jrfco _ GD2dn = GD2dn
Mj ~ '675Mj = 375(0—bn)
(12)
chipmaker.ru
14
сравнение движения
Время переходного процесса можно определить из выражения
f GD2dn GD2 1 , , “l* GD2 1 , a - bn,
“ J 375 (a - bn) “ 375 b П ° Я | " 375 6 Г a — ft«a “
nt И1
GD2 1 1 MJl /.11
•= ~T==--7- In -j-.— . (13)
з7о b Mj2
Угловой коэффициент b может быть определен согласно фиг. 4
b Т МИ . (14)
п2 — п.
Подставляя значение этого коэффициента в формулу (13), получим
t - . - "2-~ П'— In . (15)
375 М J, — Mj2
Эта формула широко применяется при расчетах систем автоматического
реостатного пуска электродвигателей.
Из выражения (15) также следует, что при MJt = 0 и при любом конечном зна-
чении Mji имеем t = оо. Это же имеет место и при любой форме зависимости
п = f (Mj).
Приведение маховых моментов. Инерционное действие любого движущегося
элемента станка может быть заменено действием приведенного махового момента
GD2', которым обладает воображаемый маховик, насаженный на ось электродви-
гателя и обладающий той же кинетической энергией, что и данный элемент станка.
Для элемента, вращающегося со скоростью п, и обладающего маховым моментом
GDJ, приведенный маховой момент, как известно, определяется по формуле
GD2'-GD?(^-)\ (16)
где п — скорость вращения электродвигателя в об/мин.
Дтя элемента весом G кг, поступательно движущегося со скоростью v м/мин,
приведенный маховой момент определяется по формуле
<|7>
где п — по-прежнему скорость вращения электродвигателя в об/мин.
Общий маховой момент системы может быть определен по формуле
GD2^ = CD2 + СОГ + GD2 + • •; (’8)
где GD2 — маховой момент ротора электродвигателя, указываемый в каталогах, и
всех других деталей, размещенных на его валу;
GD2', GD%........— приведенные к валу электродвигателя маховые моменты
вращающихся и поступательно движущихся элементов станка.
Маховые моменты отдельных вращающихся частей станка можно определить по
формуле, выведенной для стального кольца:
GD- = 0.05ft (- т<) «есл2. (19)
где Г) — меньший радиус кольца в см;
г2 — больший радиус кольца в см;
Ь — осевая длина кольца в см.
Переходные процессы 15
В случае сплошного цилиндра (например, вала) в формуле (19) нужно принять
О => 0.
Формула (19) может быть использована для определения маховых моментов всех
вращающихся частей кинематических цепей станков, так как зубчатые колеса, шкивы,
валы и шпиндели можно приближенно рассматривать как состоящие из колец и
цилиндров.
При определении, например, махового момента облегченного зубчатого колеса
обод его, ступицу и промежуточную часть можно рассматривать как отдельные кольца.
У металлорежущих станков различных размеров и назначений скорости враще-
ния элементов кинематических цепей, их веса, формы и размеры оказываются весьма
различными, вследствие чего общие маховые моменты станков принимают самые
различные значения. У станков с малой скоростью вращения шпинделя общий махо-
вой момент существенно не отличается от махового момента ротора электродвигателя.
Напротив, у быстроходных станков общий маховой момент может в 15—20 раз и более
превосходить маховой момент ротора электродвигателя.
Так как при переключении скоростей станка его кинематическая схема изме-
няется, то общий маховой момент станка прн различных скоростях будет различным .
Вследствие медленного движения элементов цепей подачи, их маховые моменты
при определении общего махового момента станка обычно не учитывают.
chipmaker.ru
ГЛАВА II
ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА АСИНХРОННЫХ
ДВИГАТЕЛЕЙ
§ 3. МЕХАНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
Асинхронные двигатели трехфазного тока по сравнению с дру-
гими электрическими двигателями отличаются простотой, надеж-
ностью и меньшей стоимостью. Подавляющее большинство металло-
режущих станков приводится в движение асинхронными двигате-
лями.
Крутящий момент асинхронного двигателя приближенно может
быть выражен формулой
М - 2Мк . (20)
S । sk
SK S
Эта формула выводится в курсе общей электротехники.
В данной формуле s—скольжение электродвигателя, Л!к —
критический момент двигателя, sK — критическое скольжение, соот-
ветствующее этому моменту.
Скольжение s двигателя выражается формулой
где п0 — скорость вращения магнитного поля (синхронная скорость),
п—скорость вращения ротора.
Критическое скольжение может быть определено по прибли-
женной формуле
где Xi — реактивное сопротивление обмотки статора;
г'2 и х2 — соответственно приведенные значения активного и реак-
тивного сопротивлений обмотки ротора.
Уравнение (20) связывает момент электродвигателя со скольже-
нием s. Пользуясь этим уравнением, нетрудно построить механиче-
скую характеристику двигателя, переходя от скольжения к скорости
Механические характеристики
17
вращения согласно формуле (21). Можно также на вертикальной оси
скорости вращения нанести значения скольжения.
Механическая характеристика асинхронной машины, построен-
ная по формуле (20), представлена на фиг. 5.
При п = п0 согласно формуле (20) М = 0. Этот случай синхрон-
ного вращения соответствует идеальному холостому ходу машины.
Фиг. 5. Механическая характеристика асинхронного двигателя.
В первый момент пуска двигателя, когда ротор еще неподвижен,
s = 1, и двигатель развивает пусковой (начальный) момент Мп.
В каталогах обычно приводятся следующие технические данные
асинхронного двигателя: номинальная мощность на валу Рн кет,
номинальная скорость вращения пн об/мин, синхронная скорость
вращения п0 об/мин, отношения и , где Мн — номинальный
момент электродвигателя.
Величину номинального момента в кгм на валу двигателя можно
найти, пользуясь известной формулой
Л1 = 71620^-, (23)
где М — момент в кгсм-,
Р—мощность в л. с.\
п — скорость вращения в об/мин.
2 Харизоменов 2890
chipmaker.ru
18 Электромеханические свойства асинхронных двигателей
Ебли момент М выразить в кгм, мощность Р — в кет, а скорость
вращения по-прежнему в об/мин, то формула (23) примет вид
М = 975-^-. (24)
Величина номинального скольжения sH в зависимости от номи-
нальной мощности и типа электродвигателя колеблется в пределах
от 2 до 12%, причем двигатели большей номинальной мощности
обычно имеют меньшую величину номинального скольжения.
Помимо асинхронных двигателей нормального использования, оте-
чественная промышленность выпускает короткозамкнутые двигатели
с повышенным скольжением. Они имеют номиналь-
ное скольжение, изменяющееся в пределах 7—16%, в зависимости
от номинальной мощности двигателя.
Кратность критического момента у.- = X имеет очень важное
значение. Эта величина определяет допустимую механическую пере-
грузку электродвигателя. У отечественных общепромышленных дви-
гателей X = 1,65 2,5, причем большая величина относится к бы-
строходным электродвигателям.
Величина критического момента, как это выводится в курсе общей
электротехники, пропорциональна квадрату напряжения сети. Так
как напряжение в силовой сети цеха подвержено значительным
колебаниям, то в качестве наибольшего допустимого момента пере-
грузки обычно принимают не момент /ИЛ, а величину /Итах =
= 0,85/Ик.
Кратность пускового момента у короткозамкнутых асин-
хронных двигателей общепромышленного применения колеблется
в пределах 0,8-?-2.
Устойчивая работа асинхронного двигателя возможна лишь на
участке характеристики, заключенном в пределах s = 0; s = sK.
При работе на этом участке, например в точке А (фиг. 5), всякое
увеличение нагрузки вызовет снижение скорости вращения, которое
будет сопровождаться увеличением крутящего момента двигателя.
Когда момент двигателя станет равным моменту нагрузки, дальней-
шее снижение скорости прекратится.
При работе на участке характеристики, заключенном в пределах
от s = sK до s = 1, например в точке В, всякое снижение скорости,
вызванное увеличением нагрузки, будет, как нетрудно видеть, вызы-
вать уменьшение крутящего момента электродвигателя, что повлечет
за собой его остановку. При этом имеется в виду, что момент нагрузки
не зависит от скорости вращения, как это обычно имеет место при
работе привода металлорежущих станков.
Если в формулу (20) подставлять значения скольжения s > 1,
можно построить часть характеристики, лежащую в 4-й четверти
системы координат М, п и соответствующую режиму противовклю-
Механические характеристики
19
чения, т. е. принудительному вращению электродвигателя против
поля.
Так как в данном случае момент электродвигателя направлен
против вращения (М и п имеют разные знаки), то данный режим
является тормозным. Осуществить его можно, переключая работаю-
щий электродвигатель на вращение в обратную сторону (для которого
характеристика изображена на фиг. 5 пунктиром). Как видно из
фиг. 5, при таком переключении возникает тормозной момент, вели-
чина которого определяется отрезком CD.
Если в формулу (20) подставить сначала ряд определенных поло-
жительных значений скольжения, а затем ряд отрицательных сколь-
жений, имеющих ту же абсолютную величину, моменты электродви-
гателя, не меняя абсолютной величины, изменят свой знак. Часть
характеристики, соответствующая отрицательным скольжениям, рас-
положенная во второй четверти, соответствует работе асинхронной
машины генератором. Этот режим также является тормозным, при-
чем при таком генераторном торможении машина отдает энергию
в сеть (рекуперативное торможение).
Пример. Определить критическое скольжение электродвигателя, для ко-
торого известны следующие каталожные данные:
Рн = 10 кет\
пн = 1450 об/мин; Hq = 1500 об/мин;
Мк
Мн
Решение. Согласно формулам (21) и (20) можем написать два уравне-
ния:
Решая последнее уравнение, получим
2
I
SK SH
Ответ: sA=13,l%.
Зная величину критического скольжения sA, можно теперь под-
ставлять в формулу (20) любые значения s в интересующих нас
пределах и получать соответствующие значения М; таким образом
может быть построена зависимость 7W=/(s) или механическая харак-
теристика п = f (М). Следует заметить, однако, что механическая
характеристика, построенная по формуле (20), может существенно
отличаться от действительной механической характеристики асин-
хронного двигателя. Это объясняется тем, что формула (20) не учиты-
вает некоторых факторов, влияющих на форму механической харак-
теристики. Так, например, у двигателя с вытеснением тока (с глубо-
ким пазом и двойной беличьей клеткой) вследствие зависимости гг
от скольжения s крутящий момент при пуске значительно больше,
чем это следует из формулы (20). Механическая характеристика элек-
2*
20
Электромеханические свойства асинхронных двигателей
тродвигателя в этом случае принимает вид, подобный указанному
на фиг. 6 (кривая а).
Кроме того, вследствие размещения обмоток асинхронного дви-
гателя в пазах, помимо основного магнитного поля, у асинхронного
двигателя появляются дополнительные поля, вращающиеся с различ-
ными скоростями. Часть этих полей оказывает на ротор электродви-
гателя тормозящее действие. Механическая характеристика при этом
принимает вид, представленный линией b на фиг. 6.
0 м
Фиг. 6. Отклонения механических
характеристик асинхронного дви-
гателя от теоретической формы
Фиг. 7. Уточненная механическая
характеристика асинхронного дви-
гателя.
На том же графике (фиг. 6) для сравнения’показан примерный
вид механической характеристики (кривая с), построенной по форму-
ле (20). Формула (20) дает удовлетворительные поточности резуль-
таты в пределах скольжения от s = 0 до s — sK. Существует более
точная формула крутящего момента, приводимая в ряде курсов общей
электротехники. Эта более точная формула показывает, что кри-
тический момент в области отрицательных скольжений, т. е. при
работе машины генератором, значительно больше, чем при работе
ее двигателем (фиг. 7).
Уточненная формула, однако, опять-таки не учитывает влияния
вытеснения тока и наличия дополнительных вращающихся магнит-
ных полей. По этой причине, а также в связи с большей сложностью
пользования этой формулой для практических расчетов наиболее
часто применяют приближенную формулу (20).
У электродвигателя с фазовым ротором активное сопротивление
цепи ротора можно изменять путем введения в эту цепь реостата.
При этом критическое скольжение sK будет изменяться пропорцио-
нально активному сопротивлению цепи ротора согласно формуле (22)
Механические характеристики
21
Рабочая часть механической характеристики получает при этом
больший наклон (фиг. 8). Величина критического момента М, согласно
формуле (20), от активного сопротивления цепи ротора не зависит,
и потому он остается неизменным.
Механическая характеристика, соответствующая работе машины
при отсутствии каких-либо дополнительных сопротивлений в схеме,
называется естественной (фиг. 8, кривая /).
Фиг. 8. Комплекс механических характеристик асинхрон-
ного двига1еля.
ААеханические характеристики, соответствующие работе машины
при наличии дополнительных сопротивлений в схеме, называются
искусственными (фиг. 8, кривые 2, 3, 4).
Степень изменения скорости двигателя с изменением нагрузки
на его валу характеризуется жесткостью механической ха-
рактеристики. Чем сильнее снижается скорость вращения электро-
двигателя, тем более мягкой называют его механическую харак-
теристику. Жесткость механической характеристики оценивают
dM
отношением -р-.
dn
Для металлорежущих станков требуется привод с жесткой меха-
нической характеристикой. Это объясняется тем, что в процессе
обработки металлов должны быть сохранены заданные значения ско-
рости резания и величины подачи Эго может быть обеспечено голькс
при жесткой характеристике электродвигателя.
chipmaker.ru
22
Электромеханические свойства асинхронных двигателей
Если работа асинхронного двигателя протекает в области сколь-
жений, значительно меньших, чем критическое, то можно принять
— =^0.
sK
Тогда формула (20) принимает вид
М-^ = ^5 = 2Мк(л-1 + х;)-Л; (25)
SK Г2
S
М = с4-. (26)
Г2
Таким образом, при указанном допущении момент асинхронного
двигателя пропорционален скольжению, и рабочая часть механи-
ческой характеристики представляет собой прямую линию.
Из этого же выражения вытекает, что при работе асинхронного
двигателя с неизменной нагрузкой и различными сопротивлениями
скольжения пропорциональны сопротивлениям цепи ротора.
Приведенное значение сопротивления обмотки ротора асинхрон-
ного короткозамкнутого двигателя может быть найдено из соотно-
шения
.. т^2нГ2
мн = -^-.—— кгм.
н 9,81cj0sh
Подставляя в это выражение
/И,=975— и /o^/icoscsj,
« Пч 1.1
получим
/,= 350 Рн(Пп—^1- ом.
7 ы cos2
(27)
(28)
Последняя формула дает возможность приближенно определить
приведенное значение активного сопротивления ротора асинхрон-
ного короткозамкнутого двигателя, пользуясь лишь данными ката-
лога. В приближенных расчетах для двигателей нормального испол-
нения обычно принимают rj г,, поэтому общее активное сопротив-
ление схемы замещения при ее коротком замыкании
2г-2-
Полное сопротивление основной цепи одной фазы схемы замеще-
ния при номинальной нагрузке машины может быть определено по
формуле
иФ иФ
1. н ^1Н COS?1H ’
(29)
где 1!ф — фазовое напряжение схемы замещения.
Пуск в ход
23
Реактивные сопротивления схемы замещения можно теперь опреде-
лить по формуле
Необходимо отметить, что вследствие наличия ряда допущений,
а также по причине зависимости активного сопротивления цепи ро-
тора от скольжения описанное выше определение параметров схемы
замещения является весьма приближенным.
§ 4. ПУСК В ХОД
При пуске электродвигателя с короткозамкнутым ротором в ход
он потребляет пусковой ток /п, который превышает номинальный
ток Iн в 4—8 раз. Толчок пускового тока вызывает в сети, к которой
присоединен электродвигатель, понижение напряжения. Обычно
это понижение невелико, но при пуске короткозамкнутого электро-
двигателя большой мощности понижение напряжения может быть
весьма значительным.
Пусковой и критический моменты асинхронного двигателя про-
порциональны квадрату напряжения сети. Если при пуске электро-
двигателя большой мощности напряжение сети уменьшается, то умень-
шится его пусковой момент, а другие электродвигатели, работающие
в это время с перегрузкой, могут остановиться. Поэтому пуск асин-
хронного двигателя без применения средств, ограничивающих пуско-
вой ток, допускается лишь в том случае, если номинальная мощ-
ность двигателя не превышает 25% мощности трансформаторов,
питающих сеть фгеха. В том случае, когда к той же сети присо-
единены лампы накаливания, мощность электродвигателя, если он
запускается часто, понижается до 5% мощности трансформаторов,
питающих сеть.
Пуск асинхронных двигателей с фазовым ротором производится
посредством реостата, включенного в цепь ротора. Пусковой ток при
этом понижают до 1,5—2,5/к. Как следует из фиг. 8 и формулы (22)
с увеличением сопротивления цепи ротора гг пусковой момент б}-
дет возрастать до тех пор, пока г' не достигнет значения Xj + х .
При дальнейшем увеличении г2 пусковой момент будет уменьшаться.
Однако для приводов главного движения значительного пускового
момента обычно не требуется, так как металлорежущие станки пу-
скаются вхолостую. Для большинства металлорежущих станков пу-
сковой момент электродвигателя главного движения, даже вдвое
меньший номинального, является уже приемлемым.
Выпускаемые нашей промышленностью короткозамкнутые асин-
хронные двигатели обычно развивают в начале пуска момент, кото-
рый удовлетворяет требованиям большинства металлорежущих
станков.
chipmaker.ru
24 Электромеханические свойства асинхронных двигателей
При наличии необходимости уменьшения пускового тока коротко-
замкнутого электродвигателя привода главного движения станков
значительное распространение получил реостат в цепи статора, хотя
при этом и имеет место значительное уменьшение пускового момента.
Уменьшение пускового тока в рассматриваемом случае ограни-
чивается величиной допустимого уменьшения пускового момента.
Пусковой момент пропорционален квадрату напряжения, а по-
тому, если пусковой ток уменьшен, например, в k раз, то пусковой
момент уменьшится в k2 раз.
Фиг, 9. К расчету статорного реостата.
Для уменьшения величины пускового тока в k раз требуется пол-
ное сопротивление упрощенной схемы замещения (фиг. 9)
z — k-zK, (31)
где гк — сопротивление короткого замыкания основной цепи схемы
замещения, определяемое по формуле
zk = (ri ++ (хт + хг) = Гк ф- Хк . (32)
Если все параметры схемы замещения известны, то дополни-
тельное активное сопротивление Rt, которое следует включить в цепь
статора для того, чтобы получить пусковой ток заданной величины,
можно определить из формулы
Я1= V (kZK)2-XK — rK.
(33)
Большое значение величина пускового момента имеет для двига-
телей вспомогательных перемещений и приводов цепей подачи.
Эти двигатели пускаются в ход под значительной нагрузкой, обуслов-
ленной силами трения неподвижного механизма. Однако вследствие
небольшой мощности этих приводов и здесь наибольшее распростра-
нение получили короткозамкнутые двигатели. При необходимости
в этом случае могут быть также применены короткозамкнутые дви-
гатели с повышенным пусковым моментом или двигатели с повышен-
ным скольжением, также выпускаемые нашей промышленностью.
Во многих случаях большое значение имеет продолжительность
пуска металлорежущего станка. Величина ее зависит от среднего
момента двигателя, действующего в течение пускового процесса.
Пуск в ход
25
Средний момент, действующий во время пускового процесса
асинхронного двигателя, можно определить по приближенной фор-
муле
Мпср^
Мп + Мк
2
(34)
Пример. Определить время пуска привода главного движения металлоре-
жущего станка. Двигатель имеет следующие технические данные: Рн = 40 кет',
пн = 1460 об/мин; “ Ml “ 2,3; СО2 = 1,9 кглА; Рхх = 7,4 кет (дан-
Мн Мн
ные многорез"ового станка 1731).
Общий махогой момент станка и двигателя в 8,4 раза превышает ма-
ховой момент ротора электродвигателя.
Во время вращения станка и двигателя вхолостую мощность двигателя бу-
дет Рхх.
Решение.
1) = 975 ; 2) Л1хл«.975 . 3) Л4„=М„ J
пн пн \ 1
' 4> 5)
8,4GD2nH
' " ~ 375 (/И„£р - Мхх) '
Ответ: /„ = 1,53 сек.
Время пуска одного электродвигателя составляет /„6 = 0,17 сек.
ч- *
*
У станков с малой скоростью вращения шпинделя продолжи-
тельность пускового процесса весьма мала и на производительность
работы станка сколько-нибудь заметно не влияет.
В связи с непрерывным увеличением скоростей резания растут
скорости вращения шпинделей и общие маховые моменты станков,
и сокращается продолжительность рабочих циклов. При этом уве-
личенная продолжительность пусковых (и тормозных) процессов стан-
ков начинает оказывать на их производительность заметное влияние.
В частности, вопрос уменьшения продолжительности пусковых
(и тормозных) процессов приобретает большое значение у некоторых
тяжелых станков.
Для увеличения начального и среднего пускового момента в неко-
торых случаях для привода главного движения металлорежущих
станков применяют асинхронные двигатели с фазовым ротором. Пуск
этих двигателей осуществляется посредством реостата в цепи ротора.
При определении сопротивления секций этого реостата характери-
стики двигателя в большинстве случаев принимают прямолиней-
ными.
Активное сопротивление, которое должна иметь цепь ротора
асинхронного двигателя для того, чтобы при его неподвижном состоя-
chipmaker.ru
26 Электромеханические свойства асинхронных двигателей
нии ток ротора был равен номинальному, называют номинальным
сопротивлением цепи ротора двигателя.
Номинальное сопротивление может быть определено из формулы
(35)
г «3 12Н
где Е2н — напряжение между кольцами неподвижного разомкну-
того ротора в в;
Z2H — номинальный фазовый ток ротора в а.
п об/мин
Фиг. 10. Графический расчет реостата в цепи ротора.
Эти данные указываются в каталогах.
Пример. Для асинхронного двигателя с контактными кольцами в каталоге
указаны следующие технические данные: Рн=55 лети; пн = 1440 об/мин;
п0 = 1500 об/мин; = 2,8; Е. = 480 в; /,н = 72 а.
Мн ’ -
Определить число секций пускового реостата и их сопротивление, если при
пуске пимент электродвигатет i должен колебаться между значениями момента
Л4] =2Л4Н и М, fs 0,8Мн. Механические характеристики двигателя считать
п ря мол и не й н ыми.
Решение.
1) Я2« = -=Д-; 2) Мн = 975 .
I 3 /2к
На графике (фиг. 10) строим естественную характеристику двигателя по
точкам М = 0; п — п0 и М --- Мн; п — пн.
Пуск в ход
27
Строим искусственные реостатные характеристики, причем подбираем зна-
чение момента Л/2 таким образом, чтобы при переходе с одной характеристики
на другую момент при пуске изменялся точно в указанных пределах. Это дости-
гается путем неско 1ьких последовательных проб.
Определяем сопротивленце отдельных секций пускового реостата, пользуясь
соотношениями (26):
Rrt,= ab_' Rbc=bc__ Rca=cd_
Ruf af ’ Raf af ’ Raf af ' A’
где Rnf^Rm, Rdb — r2 -сопротивление одной фазы обмотки ротора, откуда
получим
г2 = Rab = ^2н » Rbc = R2H > Red — Rh а^~ и т- Д-
Ответ: Rbc = 0,205 ом; Rcd = 0.504 ом; Rde = 1.165 ом.
Следует отметить, что асинхронные двигатели с кольцами
по сравнению с короткозамкнутыми имеют большую стоимость
(примерно в 1,5 раза) и большие размеры, а потому применяются
в станкостроении значительно реже, чем короткозамкнутые.
Определим потерю энергии в роторе асинхронного двигателя
в процессе пуска.
Энергия, потерянная на нагрев ротора за время пуска:
2
ДЛ2п = ] ml2.r2dt. (36')
о
Как доказывается в курсе общей электротехники, потеря мощ-
ности на нагрев обмотки ротора может быть выражена формулой
mfir2 — 9,81 Alenas, (36")
где /2 — ток ротора в о;
г г — сопротивление одной фазы обмотки ротора в олг;
т — число фаз;
о)0 — угловая скорость вращения магнитного поля ;
М — момент в кгм;
s — скольжение.
Решая два предыдущих уравнения совместно с уравнением дви-
жения
(36'")
и выражением скольжения
<оп — со
S = —S,
ш0
а также принимая в целях упрощения, что Мс = 0, и разгон про-
исходит до (о0, получим
Ju>?.
ДА,Л = 9,81-^. (37)
chipmaker.ru
28 Электромеханические свойства асинхронных двигателей
Это выражение показывает, что потери энергии на нагрев цепи
ротора электродвигателя при пуске его вхолостую равны кинети-
ческой энергии, сообщаемой движущимся массам привода На вели-
чину этих потерь не влияют ни время пуска, ни форма механической
характеристики, ни наличие реостата в цепи ротора.
Так как в упрощенной схеме замещения активные сопротивле-
ния г, и rj соединены последовательно, то мощность, теряемая в ак-
тивных сопротивлениях, пропорциональна этим сопротивлениям.
Таким образом, потери энергии в статоре будут
, 2
J Wn г
ДД1а = 9,81-^.Д,
где г, — сопротивление одной фазы статорной обмотки.
Общие потери энергии на нагрев обмоток асинхронного двигателя
при пуске его вхолостую
/ш2
ДД„ = 9,81 -р /1 + (38)
\ Г2 /
В тех случаях, когда необходимо уменьшить пусковые потери,
применяют асинхронные короткозамкнутые двигатели с повы-
шенным скольжением. Вместо обычных значений sH =
= 2—5% такие двигатели имеют s„ = 7—16%. Повышение сколь-
жения достигается увеличением активного сопротивления обмотки
ротора.
Как видно из формулы (38), потери, обусловливающие нагрев
цепи статора, при увеличении г'„ уменьшаются. Поэтому у двига-
теля с повышенным скольжением потери на нагрев обмоток при пуске
меньше, а допустимое число включений в час при одинаковых усло-
виях нагрузки больше, чем у двигателей нормального исполнения.
Уменьшение потерь на нагрев обмоток электродвигателя имеет место
также и в случае применения двигателя с фазовым ротором, пускае-
мого посредством роторного реостата. В этом случае не только
уменьшаются потери в обмотке статора, но и потери на нагрев
цепи ротора распределяются между последовательно соединенными
сопротивлением г2 обмотки ротора и сопротивлением /? реостата
пропорционально величинам этих сопротивлений. При пуске с по-
стоянно включенным реостатом в обмотке ротора выделяются лишь
потери энергии, определяемые формулой
ДТКп = Д-71 2п г _|_2п •
' 2 ~Г «Р
У асинхронных короткозамкнутых двигателей нормального испол-
нения можно приближенно принять г, ~ г'2. Тогда, несколько округ-
ляя числовой коэффициент, можно получить следующую формулу
Регулирование скорости
29
потерь энергии при пуске асинхронных короткозамкнутых двигателей
нормального исполнения:
„ GD?n2H
365 000
где GD2 — маховой момент в кгм2.
В этой формуле не учтены постоянные потери мощности в электро-
двигателе t^Pnocm, имеющие место в течение всего пускового про-
цесса. Однако потеря энергии kPnocmtn настолько мала, что в прак-
тических расчетах влиянием постоянных потерь можно пренебречь.
При выводе последней формулы было принято М = 0. В действи-
тельности при пуске станка Мс =f= 0, однако у привода главного дви-
жения учет момента сопротивления при вращении станка вхолостую
не изменяет сколько-нибудь значительно величину потерь энергии
при пуске.
У вспомогательных приводов и приводов подачи пуск двигателя
производится при значительном моменте сопротивления Мс, которым
в данном случае пренебрегать нельзя.
Совместное решение трех уравнений (36'), (36") и (36"') дает выра-
жение потерь энергии в роторе асинхронного двигателя в виде
ДД2п = 9,81 (j<Doio — J~ 4-44fu>of„ — Мс — tn^
или, принимая ы як <о0,
ДД2я = 9,81 (^ + 4
Полные потери в электродвигателе согласно выражению (38) мо-
гут быть выражены формулой
М„ = 9,81 + + Д
\ ' \ Г2
Принимая rt як г'2, после преобразований получим приближен-
ную формулу
G D п о дл », t
= 365 ооо “I шаГ квт-сек. (39)
§ 5. РЕГУЛИРОВАНИЕ СКОРОСТИ ВРАЩЕНИЯ
Под регулированием скорости электродвигателя понимается при-
нудительное изменение скорости его вращения, которое может быть
произведено вручную или автоматически. Скорость вращения асин-
хронных двигателей определяется формулой
n=^(l-S), (40)
chipmaker.ru
30 Электромеханические свойства асинхронных двигателей
где f — частота сети;
р — число пар полюсов обмотки статора;
s — скольжение.
Из выражения (40) следует, что скорость вращения асинхронного
двигателя может быть изменена тремя способами: изменением частоты,
скольжения или числа пар полюсов.
Регулирование скорости изменением частоты является бесступен-
чатым и достаточно экономичным. Однако в станкостроении этот
вид регулирования распространения не имеет вследствие трудности
получения изменяемой частоты.
Регулирование скорости изменением скольжения также является
бесступенчатым. Оно осуществляется посредством изменения сопро-
тивления реостата, включенного в цепь ротора асинхронного двига-
теля с контактными кольцами. При этом увеличивается значение
критического скольжения sK, наклон механической характеристики
становится больше, и при том же моменте нагрузки скольжение воз-
растает. Большим недостатком этого способа регулирования является
его неэкономичность. Кроме того, вследствие использования мягких
характеристик при таком регулировании скорость вращения электро-
двигателя может резко изменяться при колебаниях нагрузки, а при
холостом ходе или при малых нагрузках регулирование скорости
становится вообще невозможным (см. фиг. 8).
Широкое распространение в станкостроении получил третий
способ регулирования скорости асинхронных двигателей. Это регу-
лирование является грубоступенчатым, поскольку число пар полю-
сов — число целое. Помимо того, в данном случае требуется электро-
двигатель специальной конструкции. Он имеет особую обмотку
статора и нормальный короткозамкнутый ротор.
Наиболее простым способом получения двух разных чисел пар
полюсов является устройство на статоре асинхронного двигателя
двух независимых обмоток. Отечественной электропромышленностью
для станкостроения выпускаются такие двигатели с синхронными
скоростями вращения 1000/1500 об>мин.
Существует, однако, ряд схем переключения проводников обмотки
статора, при которых одна и та же обмотка может создать различные
числа полюсов. Простое и широко распространенное переключение
такого рода показано на фиг. 11, а и б. Катушки статора, включен-
ные последовательно, образуют две пары полюсов (фиг. 11, а). Те же
катушки, включенные в две параллельные цепи, как это показано
на фиг. 11,6, образуют одну пару полюсов.
Отечественная электротехническая промышленность выпускает
однообмоточные электродвигатели с последовательно-параллельным
переключением и с отношением скоростей 1:2с синхронными ско-
ростями вращения 500/10(0, 750/1500, 1500/3000 об/мин.
Описанный выше способ переключения не является единствен-
ным. На фиг. 11, в приведена схема, образующая такое же число
полюсов, как и схема, представленная на фиг. 11,6.
Регулирование скорости
31
Наибольшее распространение в промышленности получил, од-
нако, первый способ последовательно-параллельного переключения,
так как при таком переключении от обмотки статора может быть выве-
дено меньше проводов, а следовательно, и переключатель может быть
проще.
Три фазовые обмотки могут быть включены в трехфазную сеть
звездой или треугольником. На фиг. 12, а и б показано широко рас-
пространенное переключение, при котором электродвигатель для
получения меньшей скорости включается треугольником с последова-
Фиг. II. Принцип переключения полюсов асинхронного двигателя.
тельным соединением катушек, а для получения большей скорости —
звездой с параллельным соединением катушек (так называемой двой-
ной звездой). Наряду с двухскоростными электропромышленность
выпускает также трехскоростные асинхронные двигатели. В этом
случае статор электродвигателя имеет две отдельные обмотки, одна
из которых обеспечивает две скорости путем описанного выше пе-
реключения. Вторая обмотка, включаемая обычно в звезду, обеспе-
чивает третью скорость.
При наличии на статоре электродвигателя двух независимых
обмоток, каждая из которых допускает переключение полюсов, можно
получить четырехскоростной электродвигатель. Числа полюсов под-
бирают при этом так, чтобы скорости вращения составили нужный
ряд. Схема такого электродвигателя представлена на фиг. 12, в.
Следует заметить, что вращающееся магнитное поле будет наво-
дить в трех фазах неработающей обмотки три э. д. с., одинаковые по
величине и сдвинутые по фазе на 120°. Геометрическая сумма этих
электродвижущих сил, как известно из электротехники, равна нулю.
Однако, вследствие неточной синусоидальности фазовых э. д. с. тока
сети, сумма этих э. д. с. может быть отличной от нуля. В этом случае
chipmaker.ru
32 Электромеханические свойства асинхронных двигателей
в замкнутой неработающей обмотке возникает ток, нагревающий эту
обмотку. В целях предотвращения этого явления схему переключения
полюсов составляют таким образом, чтобы неработающая обмотка
была разомкнута (фиг. 12, в). Вследствие небольшой величины ука-
занного выше тока у некоторых электродвигателей, разрыва замк-
нутого контура неработающей обмотки
А
Л,
А,
S
6}
Фиг. 12.
переключения полюсов асин-
Схемы
хронного двигателя.
иногда не делают.
Заводами отечествен-
ной электропромышленно-
сти выпускаются двухоб-
моточные трехскоростные
двигатели, имеющие син-
хронные скорости враще-
ния 1000/1500/3(00 и
750/1500/3000 об/мин, и
четырехскоростные дви-
гатели, имеющие
500/750/1000/1500 об/мин.
Двухскоростные двигатели
имеют шесть, трехскоро-
стные — девять и четы-
рехскоростные — 12 выво-
дов к переключателю по-
люсов.
Следует заметить, что
существуют схемы двух-
скоростных двигателей,
которые при одной обмот-
ке позволяют получить
скорости вращения, отно-
которых не равно 1 : 2. Такие электродвигатели, включае-
схемам, разработанным А. М. Харитоновым, выпускаются
Шение
мне по
станкостроительной промышленностью и обеспечивают синхронные
скорости вращения 750/ЗСС0, 1000/1500, ЮОС/ЗСОО об/мин.
Путем использования специальных схем одной обмотки можно
получить также три и четыре различных числа пар полюсов. Такие
однообмоточные многоскоростные электродвигатели отличаются зна-
чительно меньшими габаритными размерами, чем двухобмоточные
двигатели с теми же параметрами, чго весьма важно для станкострое-
ния. Кроме того, у однообмоточных электродвигателей несколько
выше энергетические показатели и меньше трудоемкость изгото-
вления.
Недостатком однообмоточных многоскоростных электродвигате-
лей является наличие большего числа проводов, вводимых к пере-
ключателю. Сложность переключателя определяется, однако, не
столько числом выведенных наружу проводов, сколько числом одно-
временно осуществляемых переключений. В связи с этим А. М. Хари-
тоновым были разработаны схемы, позволяющие при' наличии одной
Регулирование скорости
33
обмотки получить три и четыре скорости при относительно простых
переключателях.
Такие электродвигатели выпускаются станкостроительной промы-
шленностью при синхронных скоростях 1000/1560/3000, 750/1500/3000,
750/1000/15СО, 750/1006/1500/3000, 500/750/1000/1500 об/мин.
Механические характеристики двухскоростного двигателя при-
ведены на фиг. 8. Кривая 1 является механической характеристикой
электродвигателя при большем числе полюсов. При уменьшении числа
полюсов вдвое двигатель будет работать по характеристике 5.
Помимо формулы (20), вращающий момент асинхронного двига-
теля может быть выражен известной формулой
М — &/2Фсо5<р2, (41)
где /г — ток в цепи ротора;
Ф — магнитный поток двигателя;
<р2 — угол сдвига фаз между векторами тока и э. д. с. ротора.
Рассмотрим эту формулу применительно к вопросам регулиро-
вания скорости асинхронного двигателя.
Накбэльшая продолжительно допустимая сила тока в роторе
определяется допустимым нагревом и, следовательно, является при-
мерно постоянной величиной. Если регулирование скорости ведется
с постоянным магнитным потоком, то при всех скоростях двига
теля наибольший длительно допустимый момент будет также величи-
ной постоянной. Такое регулирование скорости называется регули-
рованием с постоянным моментом. Регулирован <е ско-
рости изменением сопротивления в цепи ротора является регулиро-
ванием с постоянным предельно допустимым моментом, так как маг-
нитный поток машины при регулировании не изменяется.
При переключении полюсов изменяется схема включения статора,
что обусловливает изменение магнитного потока двигателя. Соотно-
шение предельно допустимых мощностей при высокой и при низкой
скоростях вращения может быть найдено на основании следующих
соображений.
Предельно допустимая полезная мощность на валу электродви-
гателя при меньшей скорости вращения (и, следовательно, большем
числе полюсов) определяется выражением
Рг = З/ф^ф, cos?^, (41, а)
где /ф, — фазовый ток, предельно допустимый по условиям на-
ггу-ва;
t/ф, — фазовое напряжение статора при большем числе полюсов.
Предельно допустимая полезная мощность на валу электродви-
гателя при большей скорости вращения (и меньшем числе полюсов)
Р2 = 3/фа(/Ф1 cos (41, б)
где /ф. — фазовый ток, предельно допустимый по условиям
нагрева при второй схеме включения статора; L/ф, — фазовое напря-
жение в этом случае.
3 Хари^ом(нов 2890
chipmaker.ru
34 Электромеханически? свойства асинхронных двигателей
Если /( — предельно допустимый фазовый ток, соответствующий
схе ее фиг. 12, а, то фазовый ток, соответствующий схеме фиг. 12, б,
равен 2/,, поскольку в данном случае имеются две параллельные
ветви.
При переходе от соединения треугольником к соединению звездой
фазовое напряжение уменьшается в уЗ раза. Таким образом, при
переключении со схемы а на схему б (фиг. 12) получим отношение
мощностей
3!ty cos у1т]1
о о z U
cos
Г
(42)
Принимая приближенно
COS «PiTji =5; COS
получим
£=-^=0,86.
Иначе говоря, мощность на меньшей скорости составляет 0,86
мощности на большей скорости вращения ротора. Имея е виду отно-
сительно небольшое изменение наибольшей длительно допустимой
мощности на обеих скоростях, такое регулирование условно име-
нуют регулированием при постоянной мощности.
Если при последовательном соединении половин каждой фазы
воспользоваться соединением звездой, а затем переключить на соеди-
нение параллельной звездой (фиг. 12, б), то получим
’ 3’2/ф,
V °
или
М, _ Р,п2 _ _1_
Л12 Р^ ~ 2 ’
(44)
Таким образом, в данном случае имеет место регулирование ско-
рости с постоянным моментом.
Как показано далее, у металлорежущих станков приводы глав-
ного движения требуют регулирования скорости с постоянной мощ-
ностью, а приводы подач — регулирования скорости с постоянным
момсн том.
Приве денные выше выкладки соотношения мощностей при высшей
и низшей скоростях носят приближенный характер. Не была, на-
пример, учтена возможность повышения нагрузки на высоких ско-
ростях вследствие белее интенсивного охлаждения обмоток; принятое
равенство cos <f, cos <р2т]2 также очень приближенно. Так,
Регулирование скорости
35
для двигателя А-62-8/4 имеем cos <р, тд, = 0,66, a cos <р2 ij2 « 0,77.
В результате соотношение мощностей для этого двигателя P^Pt =*
= 0,71. Такие же примерно соотношения имеют место и для других
двухскоростных двигателей.
Новые однообмоточные многоскоростные электродвигатели в зави-
симости от схемы переключения допускают регулирование скорости
с постоянной мощностью и с постоянным моментом.
Небольшое число ступеней регулирования, которое может быть
получено у асинхронных двигателей с переключением полюсов,
обычно позволяет использовать такие двигатели на станках только
при наличии специально сконструированных коробок скоростей.
электродвигателя называют ступенью
Фиг. 13. Лучевая диаграмма электроме-
ханического регулирования с двухскоро-
стным электродвигателем.
имеют
геоме-
Скорость вращения шпинделя при определенной кинематической схеме станка
и при наименьшей скорости вращения
механического регулиро-
вания.
Скорость вращения шпинделя при
той же кинематической схеме и при
повышенной скорости вращения элек-
тродвигателя называют ступенью
электрического регули-
рования.
Общее число ступеней регулиро-
вания (скоростей вращения шпин-
деля) будем обозначать через S. Наи-
меньшую скорость вращения шпин
деля обозначим п1, а наибольшую ns.
Отношение Dr — ~~ называется
диапазоном регулирова-
ния станка.
Двухскоростные асин-
хронные электродвига-
тели с переключением полюсов, применяемые в станкостроении, обычно
отношение скоростей 1 :2. Если, однако, на станке принять знаменатель
три чес кой прогрессии ? = 2, то регулирование будет слишком грубым.
Для обеспечения мелкоступенчатого регулирования скорости интервал
каждой ступенью механического регулирования и соответствующей ступенью элек-
трического регулирования делят на у частей путем введения дополнительных меха-
нических ступеней (фиг. 13).
Для получения геометрической прогрессии ряда скоростей при двухскоростном
электродвш ателе необходимо, чтобы соблюдалось условие
^-2.
между
(45)
В этой формуле у — число частей, на которое разбивается интервал а (а — 2),
равное числу расположенных подряд ступеней механического регулирования (фиг. 13).
Из формулы (45) следует
Р-
(46)
Придавая у значения 1, 2, 3 н т. д. получим соответствующие значения у,
указанные в табл. 1. Таким образом, выбирая одно из указанных выше стандарт-
ных значений <?, сразу можно указать число идущих подряд ступеней механиче-
ского регулирования. Исключение составляет лишь <? — 1,58, при котором нару-
шается правильность геометрического ряда скоростей станка.
3*
chipmaker.ru
36 Электромеханические свойства асинхронных дви отелей
Таблица 1
У V 1g? у 1g f
1 2 0,30 6 1.12 0.05
2 3 1.41 1,26 0.15 0.10 12 1,06 0.03
После того как механическое регулирование исчерпано, переходят на высшие
скорости электродвигателя и, работая на каждом из имеющихся кинематических
вариантов цепи главного движения станка, получают такое же число ступеней элек-
трического регулирования. Далее снова следует серия ступеней механического
регулирования, и т. д. до тех пор, пока не будет исчерпан диапазон регулирования
станка Dc, который обычно выбирают так, чтобы внутри него заключалось одина-
ковое число ступеней механического и Электрического регулирования.
Из лучевой диаграммы, представленной на фиг. 13, следует, что общее число
ступеней регулирования s, число групп х ступеней механического регулирования
и число ступеней у механического регулирования в каждой группе связаны очевид
ным соотношением (при двухскоростном электродвигателе)
s — 2ух. (47)
Для определения необходимого числа ступеней механического регулирования
вначале находят общее число ступеней регулирования станка по формуле, известной
из курса расчета и конструирования станков:
после чего находят число групп механических ступеней
Величину у можно найти , зная у из табл 1. Значение х необходимо округлить
до ближайшего целого числа. После этого можно найти по той же формуле (47)
округленное общее число ступеней регулирования
s' = 2ух',
и округленный диапазон регулирования согласно формуле (48)
o; = z-'.
Число ступеней механического регулирования определится в данном случае
по формуле
s' ,
Z= 2 -=ух’. (50)
Зная <р, по табл 1 находим число у ступеней механического регулирования одной
группы (т. е. идущих-подряд).
Если станок привидится трехскоростным электродвигате-
ле м, то число ступеней электрического регулирования по сравнению с двухскоро-
стным электродвигателем удваивается. Если к тому же этот электродвигатель обла-
дает постоянным отношением средних скоростей (например, 750/130'), 3000 об/мин).
Тормозные режимы
37
то расчет может быть проведен так, как это было указано выше, только взамен
s
формул х= и s=2xy придется теперь соответственно применить формулы
S
Зу
(51)
X
s = Зху. (52)
Лучевая диаграмма такого регулирова-
ния представлена на фиг. 14.
Однако постоянное отношение двух со-
седних скоростей вращения у трехскоростных
электродвигателей имеет место лишь при
указанных выше скоростях. При других
скоростях это отношение не будет постоян-
ным. Так, например, отношение скоростей
трехскоростного электродвигателя, дающего
750/1000/1500 обмин. составляет 1,33
Фиг. 14. Лучевая диаграмма элек-
тромеханического регулирования
с трехскоростным электродвигате-
лем.
и 1,5. Для двигателя со скоростями
500/750'1000 об/мин отношение их равно
1,5 и 1,33.
Таким же непостоянным соотношением
соседних скоростей отличаются и четырех-
скоростные электродвигатели. Например,
при 500/10001500/3000 об,мин отношения скоростей равны 2; 1,5; 2; при
500/ 750/1000,1500 об/мин имеем 1,5; 1,33; 1,5.
В случае применения таких электродвигателей построить правильный ряд ско-
ростей в виде геометрической прогрессии нельзя. Для того чтобы все же соблюсти
известную закономерность, ряд скоростей вращения станка строят с двумя череду'о-
щимися знаменателями у, и <р2, величины которых равны отношениям скоростей
вращения примененного трех- или четырехскоростного электродвигателя.
§ 6. ТОРМОЗНЫЕ РЕЖИМЫ
Если вращающийся асинхронный двигатель (фиг. 15, а) отклю-
чить от сети трехфазного тока и включить на сеть постоянного тока
или в), будет иметь место динамическое торможение.
(фиг. 15, б
При этом поле машины не-
подвижно в пространстве,
а в обмотке ротора, вращаю-
щегося по инерции, возни-
кает грехфазный ток. Ма-
шина при этом обращается
в синхронный
вырабатывающий
энергию, котовая обращает-
ся в тепло в обмотке ро-
тора. Ток ротора создает
неподвижный в пространстве
магнитный поток. При дина-
мическом торможении раз-
а!
Фиг. 15. Схемы динамического
Л,
генератор,
электро-
В)
торможения.
магничиватощее-действие ротора не- компенсируется увеличением
тока в обмотке статора, как это имеет место при работе асинхрон-
ной машины в двигательном режиме. Ток статора при динамическом
r.ru
38
Электромеханические свойства асинхронных двигателей
•+М
Фиг. 16. Тормозные характеристики асинхрон-
ного двигателя.
торможении остается постоянным и не зависит от тока ротора. По-
этому при динамическом торможении размагничивающее действие
ротора уменьшает тормозной момент. Размагничивающее действие
ротора зависит от магнитного насыщения машины. У ненасыщен-
ных машин это влияние весьма существенно; у насыщенных ма-
шин оно выражено слабее.
Частота тока в роторе
может быть выражена из-
вестной формулой
f — рп — рПп п f п
'2 60 GO п0 ' пп ’
(53)
где f — частота сети.
Отношение s' — — на-
зывают скольжением при
динамическом торможе-
нии.
Для частоты тока в ро-
торе при этом получаем
выражение
f2 = fs'. (54)
Скольжение s' при ди-
намическом торможении и
скольжение при нормаль-
ных условиях работы
заны друг с другом
стым соотношением
свя-
про-
(55)
п , п , ,
- — 1------= 1 — 5 .
s
s’ = 1 — s.
Справедливость этого соотношения
из выражения скольжения
Иг.
п0 ’ ч0
Теория работы асинхронной машины в режиме динамического
торможения показывает, что для определения тормозного момента
можно использовать формулу
непосредственно вытекает
(56)
М'
?М'К
s' SK
-г- + -4
3. 5
(57)
На фиг. 16 кривая 2 представляет механическую характеристику
асинхронной машины, работающей в режиме динамического тор-
можения.
Тормозные режимы
39
Величина наибольшего момента М'к при динамическом торможении
зависит от величины постоянного тока, питающего статор, и может
быть изменена посредством реостата (фиг. 15, б и в). Наибольший
момент (в кгм) определяется по формуле
г2 2
С2
9,81 2“0 1*2 +
(58)
где 1пт — величина постоянного тока в амперах;
Хц — индуктивное сопротивление цепи намагничивания схемы
замещения машины, работающей в данном режиме (актив-
ным сопротивлением этой цепи пренебрегают);
х2 — приведенное реактивное сопротивление обмотки ротора
(созданное полем рассеяния).
Коэффициент С в формуле (58) зависит от схемы включения ста-
торной обмотки при питании ее постоянным током. Если статорная
обмотка соединена в звезду, к двум концам которой подводится на-
пряжение постоянного тока (фиг. 15, б), то С = 0,82. В случае
включения статорной обмотки треугольником по схеме, показанной
на фиг. 15, в, С = 0,44.
Скольжение s'K, при котором достигается наибольший момент ЛГ
определяется по формуле
= -. (59)
*2 + ^
Пренебрегая магнитным насыщением, величину хи приближенно
можно определить по формуле
Так как у короткозамкнутых электродвигателей хи по сравне-
нию с г2 велико, то у этих машин имеет весьма малую величину
и, следовательно, наибольший момент при динамическом торможе-
нии короткозамкнутых двигателей возникает при весьма низких
скоростях вращения (фиг. 16, кривая 2). В начале торможения
(точка В) момент мал; при остановке тормозной момент уменьшается
до нуля. Для повышения интенсивности торможения ток возбуждения
увеличивают в 3—4 раза по сравнению с током холостого хода при
нормальной работе асинхронной машины (фиг. 16, кривая 3).
У двигателей с фазовым ротором форма тормозной механической
характеристики может быть изменена увеличением сопротивления
цепи ротора (фиг. 16, кривая 4). Примерно такой же вид имеет
характеристика двигателей с повышенным скольжением.
Все приведенные выше соотношения относятся к ненасыщенной
машине. У насыщенной машины величина Хр. не является постоян-
ной, и все расчеты, связанные с рассматриваемым процессом торможе-
r.ru
40 Электромеханические свойства асинхронных двигателей
ния, могут быть гроизкедены лишь графоаналитическим путем при
наличии графика зависимости от Inm. Поэтому разным токам lnm
соответствуют различные формы механической характеристики.
Недостаточная интенсивность торможения и потребность в источ-
нике постоянного тока ограничивают применение динамического
торможения в станкостроении.
При торможении противовключением имеет место переход из неко-
торой рабочей точки А в точку С (фиг. 16). При этом возникает
значительный тормозной момент, который по мере снижения ско-
рости возрастает. Для осуществления торможения требуется спе-
циальное устройство, отключающее двигатель при низких скоростях
вращения (в точке £)). В станкостроении торможение асинхронных
двигателей противовключением получило широкое распространение.
В обоих рассмотренных случаях торможения кинетическая энер-
гия движущихся масс обращается в тепло, повышающее температуру
электродвигателя.
Если двигатель с переключением полюсов работает на повы-
шенной скорости, например, в точке Е характеристики 6, то при
переключении на низшую скорость двигатель переходит па работу
в точке F на характеристике 1. Возникающий при этом отрицатель-
ный (тормозной) момент возрастает по мере снижения скорости вра-
щения, и так как он проходит через максимальное значение момента,
соответствующее генераторному режиму, торможение оказывается
весьма энергичным. При скорости л0 момент двигателя равен нулю,
а пои дальнейшем снижении скорости асинхронная машина рабо-
тает в "вигательном режиме на характеристике /. При необходимости
электрического торможения до полной остановки приходится в этом
случае прибегать к динамическому торможению или к торможению
противовключением.
Потери энергии на нагрев цепи ротора асинхронного двигателя
при торможении противовключением могут быть найдены совершенно
аналогично потерям энергии при пуске. При этом лишь следует ис-'
пользовать выражение скольжения, соответствующее этому режиму:
s — <и°—(~~ ш
“о “о
Как нетрудно видеть, при этом получим
т 2
ЬАгт= 3-9,81-У,
т. е. при торможении противовключением с Мс = 0 потери энергии
на нагрев цепи ротора асинхронного двигателя в 3 раза превышают
потери при пуске. Соответственно изменяются и полные потери на
нагрев цепи ротора электродвигателя. Они теперь определятся
<J ор лулой
ДДгт - 9,81 J - Мс ,
Конструктивные формы асинхронных двигателей
41
или, принимая со ю0,
ДЛ2,„ = 3-9,81
м ^-t
2 ,,1с 2 ""
Полные потери в электродвигателе выражаются формулой
ДДт = 3-9,81
Принимая г, г'2, после преобразований получим приближенную
формулу
длт
G&n2H
122 000
__МсПц1т
333
квт-сек.
(61)
Потери на нагрев в цепи ротора в процессе динамического тор-
можения равны потерям при пуске. Это объясняется тем, что в данном
случае интегрирование производится в пределах от ю0 Д° 0 (при
пуске интегрирование велось в пределах от 0 до ш0).
Так же как и при пуске, влиянием постоянных потерь электродви-
гателя в процессах торможения можно пренебречь.
§ 7. КОНСТРУКТИВНЫЕ ФОРМЫ АСИНХРОННЫХ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ
Внешние конструктивные формы асинхронных двигателей зависят
от способа крепления электродвигателя и от формы защиты его от
воздействий окружающей среды.
Фиг. 17. Различные исполнения электродвигателей
Наиболее часто применяют нормальное исполнение дви-
гателя на лапах (фиг. 17, а). Такой двигатель можно устанавливать
только с горизонтальным расположением его вала.
Наряду с нормальными отечественные заводы строят также
фланцевые двигатели (фиг. 17, б), которые предназна-
чаются для горизонтальной и вертикальной установок.
Выпускаются также встроенные электродвигатели, не
имеющие ни станины, ни подшипниковых щитов, ни вала. Сборка
такого двигдтеля происходит в самом станке, причем валом его служит
chipmaker.ru
42 Электромеханические свойства асинхронных двигателей
один из валов станка (часто шпиндель), а станиной является корпус
той или иной части станка, например шлифовальной бабки (фиг. 18).
В зарубежном станкостроении некоторое распространение полу-
чили также электродвигатели, имеющие специальные конструктив-
ные формы. К числу их относятся двигатели, имеющие малые радиаль-
ные размеры и значительную длину, и дискообразные двигатели
со статором в виде цилиндра и наружным ротором в виде кольца.
Применяются двигатели, у которых при включении ротор смещается
Фиг. 18. Встроенный двигатель шлифовального шпинделя.
в осевом направлении, развивая значительное тяговое усилие. Это
усилие используется для освобождения механического тормоза,
воздействующего на вал двигателя. Строятся также электродвигатели
с электромагнитом, встроенным в подшипниковый щит; этот электро-
магнит управляет встроенным в электродвигатель механическим
тормозом. Применяются, наконец, многочисленные конструкции
электродвигателей с пристроенными редукторами, коробками ско-
ростей и механическими вариаторами, обеспечивающими бесступен-
чатое регулирование.
Отрицательной стороной применения электродвигателей, имею-
щих специальные конструктивные формы, является трудность их
замены в случае аварии. Приходится ремонтировать вышедший из
строя электродвигатель, причем во время ремонта станок имеет
вынужденный простой.
Для привода станков применяют электродвигатели со следующими
формами защиты от воздействий окружающей среды: 1) защищенные,
2) закрытые и 3) закрытые обдуваемые.
Защищенные электродвигатели имеют решетки, закрываю-
щие вентиляционные отверстия подшипниковых щитов. Этим исклю-
чается возможность попадания внутрь электродвигателя посторон-
них предметов, а также возможность прикосновения человека к вра-
щающимся и токоведущим частям.
Для защиты от падения капель жидкостей двигатели имеют вен-
тиляционные отверстия, обращенные книзу или расположенные
Конструктивные формы асинхронных двигателей
43
в вертикальных плоскостях. Однако при работе такого электро-
двигателя его вентилятор может вместе с воздухом засасывать внутрь
пыль, брызги охлаждающей жидкости или масла и мелкие стальные
или чугунные частицы. Последние, прилегая к изоляции обмотки
и вибрируя под действием переменного магнитного поля, могут
быстро испортить изоляцию.
Более надежную защиту от воздействий окружающей среды имеют
закрытые электродвигатели, у которых подшипниковые щиты вовсе
лишены вентиляционных отверстий. Такне электродвигатели, вслед-
ствие ухудшенного охлаждения, при одинаковых габаритах обла-
дают значительно меньшей мощностью, чем защищенные. При одина-
ковых мощностях и скоростях вращения вес и стоимость закры-
того электродвигателя в 1,5—2 и более раза выше, чем защищенного.
Стремление сократить габаритные размеры, вес и стоимость
закрытых электродвигателей привело к созданию закрытых обду-
ваемых электродвигателей. Такой электродвигатель имеет наруж-
ный вентилятор, находящийся под колпаком, прикрывающим конец
вала двигателя, противоположный шкиву. Этот вентилятор обдувает
корпус электродвигателя. Электродвигатели с обдувом значительно
легче и дешевле, чем закрытые.
Закрытые обдуваемые электродвигатели все чаще применяются
для привод) металлорежущих станков. Можно ожидать, что в даль-
нейшем эти электродвигатели, как более надежные, вытеснят в об-
ласти станкостроения двигатели защищенного исполнения.
Двигатели, имеющие другие формы защиты от воздействий окру-
жающей среды, употребляются для привода станков относительно
редко. В частности, закрытые электродвигатели иногда применяются
для привода шлифовальных станков.
Выпускаемые в настоящее время трехфазные асинхронные ко-
роткозамкнутые двигатели единой серии А строятся на номиналь-
ные мощности 0,05; 0,08; 0,12; 0,18; 0,27; 0,4; 0,6; 1,0; 1,7; 2,8;
4,5; 7,0; 10, 14; 20; 28, 40; 55; 75; 100; 125 кет, от 0,08 до 125 кет
при синхронных скоростях 3000 об/мин, от 0,05 до 100 кет при
1500 об/мин; от 1,0 до 75 кет при 1000 об/мин; от 4,5 до 55 кет
при 750 об/мин.
Электродвигатели единой серии изготовляются в защищенном
нормальном исполнении (фиг. 19, а) и в закрытом обдуваемом испол-
нении (фиг. 19, б). Размеры обдуваемых электродвигателей в основ-
ном совпадают с размерами защищенных (за исключением исполнения
на 3000об/мин.). Двигатели серии А изготовляются также во фланце-
вом исполнении (фиг. 19, в), а также со станиной на лапах и допол-
нительным фланцевым щитом (фиг. 19, г). В целях облегчения
веса наряду с чугунной оболочкой двигатели серии А изготовля-
ются также с оболочкой из алюминиевого сплава (обозначе-
ние АЛ).
Электродвигатели строятся на стандартные напряжения 127, 220,
380 и 500 в. Один и тот же двигатель можно включать в сети с двумя
44
Электромеханические свойства асинхронных двигателей
напряжениями, отличающимися в УЗ раз, например, на 127 и 220в,
на 220 и 380 в. При этом на меньшее из этих двух напряжений статор
электродвигателя включается треугольником, набольшее — звездой.
Ток в фазовых обмотках электродвигателя будет при таком вклю-
чении в обоих случаях один и тот же. Обмотка статора электродви-
гателей для напряжения 500 в включается на постоянное соединение
звездой.
Ток электродвигателя определяет сечение проводов его обмотки.
Поэтому при увеличении тока обмотка двигателя будет иметь боль-
ший объем.
Необходимое сечение магнитопровода определяется величиной
магнитного потока.
Таким образом, согласно формуле (41) размеры электродвига-
теля определяются расчетными значениями тока и магнитного потока
или, иначе говоря, момента электродвигателя.
Высокочастотные электродвигатели
45
Что же касается номинальной мощности двигателя, то она опре-
деляется формулой (24)
р __ МнПн
н 975
и при тех же размерах машины возрастает с увеличением номи-
нальной скорости вращения двигателя. Эгим и объясняется тот факт,
что тихоходные электродвигатели всегда имеют большие размеры,
чем быстроходные той же мощности. Вместе с увеличением размеров
возрастает вес двигателя и его цена.
§ 8. ВЫСОКОЧАСТОТНЫЕ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛИ
При шлифовании отверстий малого диаметра для обеспечения
надлежащих скоростей резания требуются весьма высокие скорости
вращения шлифовальных шпинделей. Так, при шлифовании отвер-
стий диаметром 5 мм кругом диаметром 3 мм со скоростью всего лишь
30 м/сек шпиндель должен иметь скорость вращения 200 ООО об/мин.
Применение в целях повышения скорости ременных передач
ограничено предельно допустимыми скоростями ремня. Скорость
вращения шпинделей с ременным приводом обычно не превышает
10 000 об/мин, причем ремни проскальзывают, быстро выходят из
строя (через 150—300 час.) и создают вибрации во время работы.
Высокоскоростные пневматические турбинки тоже не всегда
пригодны вследствие весьма значительной мягкости их механиче-
ской характеристики.
Проблема создания высокоскоростных шпинделей имеет особое
значение для производства шариковых подшипников, где требуется
высококачественное внутреннее и желобное шлифование. В связи
с этим в станкостроительной и шарикоподшипниковой промышлен-
ности применяются многочисленные модели так называемых электро-
шпинделей со скоростями вращения 12 000—50 000 об/мин и более.
Электрошпиндель (фиг. 20) представляет собой шлифовальный
шпиндель с тремя опорами и встроенным короткозамкнутым высоко-
частотным двигателем. Ротор двигателя помещается между двумя
опорами на конце шпинделя, противоположном шлифовальному
кругу.
Реже применяют конструкции с двумя или четырьмя опорами.
В последнем случае вал электродвигателя соединяется со шпинделем
посредством сцепной м)7фты.
Статор двигателя электрошпинделя собирается из электротех-
нической листовой стали. На нем располагается двухполюсная об-
мотка. Ротор двигателя при скоростях вращения до 30—50 тыс. об/мин
набирается также из листовой стали и снабжается обычной коротко-
замкнутой обмоткой. Диаметр ротора стремятся по возмо/кности
уменьшить.
При скоростях, больших 50 000 об/мин, вследствие значитель-
ных потерь встали, статор снабжают рубашкой с охлаждением про-
chipmaker.ru
46
Электромеханические свойства асинхронных двигателей
точной водой. Роторы двигателей,
предназначенных для работы с та-
кими скоростями, выполняют в ви-
де сплошного стального цилиндра.
Особое значение для работы
электрошпинделей имеет выбор
типа подшипников. При скоро-
стях вращения до —50 000 об/мин
применяются шариковые подшип-
ники повышенной точности.
Такие подшипники должны иметь
максимальный зазор, не превы-
шающий 30 мк, что достигается
надлежащей комплектовкой. Под-
шипники работают с предваритель-
ным натягом, создаваемым посред-
ством тарированных пружин. Та-
рировке пружин предваритель-
ного натяга шариковых подшип-
ников и выбору их посадочного
натяга должно быть уделено боль-
шое внимание.
При скоростях вращения,
больших 50 000 об/мин, удовле-
творительно работают подшипни-
ки скольжения при интенсивном
охлаждении их проточным маслом,
подаваемым специальным насосом.
Иногда смазку подают в распы-
ленном состоянии.
Строились также высокочастот-
ные электрошпиндели (Прат-Еит-
ней, США) на 100 000 об/мин на
аэродинамических опорах (под-
шипники с воздушной смазкой).
При производстве высокоча-
стотных электродвигателей тре-
буется весьма точное изготовление
отдельных деталей, динамическая
балансировка ротора, точная
сборка и обеспечение строгой
равномерности зазора между ста-
тором и ротором.
В связи с изложенным, изго-
товление электрошпинделей про-
изводится по специальным тех-
ническим условиям.
Высокочастотные электродвигатели
47
Коэффициент полезного действия высокочастотных двигателей
относительно мал. Эго объясняется наличием повышенных потерь
в стали и потерь на трение в подшипниках.
Размеры и вес высокочастотных электродвигателей относительно
невелики.
Применение электрошпинделей взамен приводов с ременным при-
водом в условиях производства шариковых подшипников увеличи-
вает производительность труда при работе на внутришлифовальных
станках не менее чем на 15—20%, резко уменьшает брак по конус-
ности, овальности и по чистоте поверхности. Долговечность шлифо-
вальных шпинделей увеличивается в 5—10 раз и более.
Большой интерес представляет также применение высокоско-
ростных шпинделей при сверлении отверстий диаметром менее 1 мм.
chipmaker.ru
48 Электре механические свойства асинхронных двигателей
Частота тока, питающего высокочастотный электродвигатель,
выбирается в зависимости от требуемой скорости вращения п электро-
двигателя по формуле
г рп По_
1 60(1 60 ’
так как р = 1.
Так, при скоростях вращения электрошпинделей 12 000
и 120 000 об/мин требуются соответственно частоты 200 и 2000 гц.
Для питания высокочастотных двигателей применяют специаль-
ные генераторы повышенной частоты.
На фиг. 21 представлен синхронный индукционный генератор
трехфазного тока отечественного производства (тип ГИС-1). Как
видно из чертежа, на статоре такого генератора имеются ши окне
и узкие пазы. Обмотка возбуждения, катушки которой размещены
в широких пазах статора, питается постоянным током. Магнитное
поле этих катушек замыкается через зубцы статора и выступы
ротора так, как это показано на фиг. 21 пунктиром.
При вращении ротора магнитное поле, перемещаясь вместе с вы-
ступами ротора, пересекает витки обмотки переменного тока, разме-
щенной в узких пазах статора, и наводит в них переменную э. д. с.
Частота этой э. д. с. зависит от скорости вращения и числа выступов
ротора. Электродвижущие силы, наведенные тем же потоком в ка-
тушках обмотки возбуждения, взаимно компенсируются вследствие
встречного включения катушек.
Питание обмотки возбуждения производится через селеновый
выпрямитель, присоединенный к сети переменного тока. Как статор,
так и ротор имеют магнитопроводы, изготовленные из листовой стали.
Генераторы описанной конструкции изготовляются на номиналь-
ные мощности 1,5; 3 и 6 кет и на частоты 400, 600, 800 и 1200 гц.
Номинальная скорость вращения синхронных генераторов равна
3000 об/мин.
ГЛАВА HI
ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ДВИГАТЕЛЕЙ
ПОСТОЯННОГО ТОКА С ПАРАЛЛЕЛЬНЫМ ВОЗБУЖДЕНИЕМ
§ 9. МЕХАНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
Двигатели постоянного тока с параллельным возбуждением
(шунтовые) получили широкое применение для привода тяжелых
металлорежущих станков.
В курсе общей электротехники для двигателей постоянного
тока с параллельным возбуждением выводятся формулы:
М = К„Ф/Я; (62)
Е = КеФп; (63)
Е = и-/ягя. (64)
В этих выражениях Ф — магнитный поток двигателя в в-сек.\
1 „ — ток якоря в а;
Е — э. д. с. якоря в в;
гя — сопротивление обмотки якоря в ом
Решая уравнение (64) относительно тока, найдем
/я = -^-. (65)
гя
Решая уравнения (63) и (64) относительно скорости враще-
ния п, получим
п = (66)
Подставляя в уравнение (66) выражение тока Iя из уравнения (62),
получим уравнение механической характеристики
При М =0 получим
_ U
п° ~ ЛеФ
(68)
Если пренебречь небольшим размагничивающим действием потока
реакции якоря, то магнитный поток машины с параллельным воз-
4 Харизочепп» 2S90
chipmaker.ru
50 Электромеханик. свойства двигателей постоян тока с пар. возбужден.
буждением можно считать во время ее работы постоянным. Выра-
жение (67) при этом условии является уравнением прямой линии
п ~ п0 — ЬМ, (69)
Фиг. 22. Механические характеристики двигателя посто-
янного тока с параллельным возбуждением.
В соответствии с этим уравнением естественная механическая
характеристика двигателей постоянного тока с параллельным воз-
буждением является прямой линией (линия 1 на фиг. 22).
Вследствие относительно малой величины сопротивления об-
мотки якоря естественная характеристика этого двигателя является
достаточно жесткой и вполне подходит для привода металлоре-
жущих станков.
У электродвигателей постоянного тока с последовательным и сме-
шанным возбуждением магнитный поток с изменением тока якоря
меняется по величине. Поэтому механические характеристики этих
двигателей не являются прямыми линиями. Двигатели имеют мяг-
кие характеристики и вследствие этого не подходят для привода ме-
таллорежущих станков.
Механические характеристики
51
Согласно формуле (69) можно написать
пн = п0 — ЬМН
или
Ь = <7°)
При п > п0 момент Л1 машины становится отрицательным, и она
переходит на работу в качестве генератора, осуществляя торможение
с отдачей энергии в сеть (рекуперативное торможение).
Если посредством реостата 1 (фиг. 22) увеличить сопротивление гя
цепи якоря двигателя, то в выражении (69) возрастет угловой коэф-
фициент Ь, и наклон характеристики увеличится. Таким образом,
может быть получен ряд искусственных реостатных характеристик
2, 3, 4 (фиг. 22).
В каталогах двигателей постоянного тока с параллельным воз-
буждением данные о величине сопротивления якоря не приводятся.
Сопротивление обмотки якоря вместе с сопротивлением щеток
и дополнительных полюсов может быть приближенно вычислено по
формуле
(71)
‘ян
где К — коэффициент, зависящий от номинальной мощности двша-
теля. Для машин общепромышленного применения величина его при
температуре 60° может быть определена из табл. 2 (составлен-
ной по л. 25).
Потери мощности ДР„ в цепи возбуждения, отнесенные к номи-
нальной мощности электродвигателя, указаны в той же таблице.
Эти данные также относятся к температуре 60°.
Зная потери мощности в обмотке возбуждения, можно определить
ее сопротивление
где Рн — поминальная мощность двигателя в кет.
Ток возбуждения двигателя выразится формулой
/а = ^а. (73)
гв
Ток возбуждения двигателей параллельного возбуждения мал
и в расчетах часто им пренебрегают.
Величина допустимой перегрузки двигателей постоянного тока
ограничивается появлением значительного искрения под щетками.
Коэффициент допустимой перегрузки для машин постоянною тока
общепромышленного применения лежит в пределах
X = ==24-2,5. (74)
4*
chipmaker.ru
52 Электромеханич свойства двигателей постоям, тока с пар. возбужден
Таблица 2
Номиналь- ная мощность двигателя Рн в кет К Потери мощности в обмотке возбуждения Номиналь- ная мощность двигателя Рн в кет К Потери мощности в обмотке возбуждения при диапазоне регулиро- вания
диапазоне ва 1СС°/0 при регулиро- ння '
до 2 : 1 3:1 и 4 : I до 2 : 1 3:1 н 4 : 1
5 0.12 3.5 8.0 60 0,06 1,3
10 0.10 2.8 5.5 80 0.05 1,1 —
20 40 008 0,07 2.1 1.5 3,7 100 0,05 1.0 —
Пример. Двигатель постоянного тока с параллельным возбуждением имеет сле-
дующие технические данные, указанные в каталоге: Рн — 10 кет; пн = 1090 об/мнн;
U,t = 220 в; 1Н = 55 а.
Определить скорость вращения при холостом ходе и построить естественную
механическую характеристику.
Решение.
1) Л1Н=975—
пн
21 /в
% Рн
3) 1 „н = I н — 1
4)
‘ ян
5)
Решая выражения (5) и (6) совместно, найдем п0 = -у-.--------- пн. Механи-
Uh 1янгя
ческая характеристика представляет собой прямую линию и потому может быть по-
строена по двум точкам с координатами М = Мн, п — пн и Л1 = 0, п = пв.
= 8)
Ответ. Координаты точек механической характеристики Л4~ Л4„=8,95 кгм;
п= пн— 1090 об/мин и М = 0; п = пг, = 1220 об/мин.
Уравнение механической характеристики имеет вид
н = 1220—14,5 44.
Пуск в ход
53
§ 10. ПУСК В ХОД
Пуск двигателя с параллельным возбуждением производят посред-
ством пускового реостата 1 (фиг. 22). Исключение составляют дви-
гатели мощностью менее 1 кет, пуск которых производится без рео-
стата. При пуске без реостата двигателя большей мощности в цепи
его якоря протекал бы весьма большой ток, так как при пуске Е — 0,
а гя очень невелико 1см. формулу (65)].
Так как магнитный поток двигателей постоянного тока с парал-
лельным возбуждением во время работы не изменяется, то вращаю-
щий момент пропорционален току. Если цепь возбуждения постоянно
присоединена к сети, как это часто встречается на практике, то
момент при пуске без реостата был бы также недопустимо большим^
По этой причине пуск осуществляется посредством реостата в цепи
якоря.
Расчет сопротивлений реостата производится па основании сле-
дующих соображений. При работе двигателя с моментом М на валу
скорость вращения электродвигателя снижается согласно выраже-
нию (67) на величину
Уп = п0 — п = — ду /И krH М. (75)
Если менять величину гя, то одному и тому же значению мо-
мента М будут соответствовать различные значения Ап. При любом
постоянном значении момента Ди пропорционально гя. Таким обра-
юм, отрезки ab, ас, ad, ае (фиг. 22), представляющие собой зна-
чения Ди при одном и том же значении момента М-, пропорциональны
полным сопротивлениям цепи якоря. Отрезки be, cd, de, очевидно,
пропорциональны сопротивлениям отдельных секций реостата.
Сопротивление, которое должна иметь цепь якоря двигателя
постоянного тока с параллельным возбуждением для того, чтобы
при его неподвижном состоянии ток якоря был равен номинальному,
называют номинальным сопротивлением цепи якоря.
Номинальное сопротивление может быть определено из формулы
г,
/?ян = -~-иМ,
1 ян
где UH — номинальное напряжение электродвигателя в в;
1ЯН -х номинальное значение тока электродвигателя в а.
Зная номинальное сопротивление, можно определить сопротивле-
ния секций пускового реостата, пользуясь соотношениями
Ran аЬ . R гс Ьс
Raf~ 4 ’ Raf Ч ‘'Л"
где Eaf= Еян; Еав — сопротивление обмотки якоря.
Таким образом, расчет становится аналогичным расчету пуско
вого реостата асинхронного двигателя с фазовым ротором.
54 Электромеханич. свойства двигателей постоян тока с пар. возбужден
Пример. Двигатель постоянного тока с пареллельным возбуждением имеет сле-
дующие технические данные:
Рн = 15 кет; пн — 770 об/мин: UH = 220 в; !н = 83 а, /?я = 0,249 ом. Ток возбужде-
ния электродвигателя составляет 1е = 2 а.
Определить число секций пускового реостата и их сопротивление, ести при
пуске момент электродвигателя должен изменяться в пределах от Л41 — Ч.МН до
М 2 » 0,9Л4н.
Решение.
ин
1) Определяем номинальное сопротивление якоря двигателя /?яя — — >
I ян
2) Л1н = 975^-;
3) М1—2МН, Л4г = 0,9Л4н.
Определяем число оборотов в минуту идеального холостого хода, пользуясь
формулами (66) н (68):
4) Дн = я “
Строим естественную характеристику двигателя (фиг. 22) по точкам М — 0;
п = пп и М — Мн; п = пн.
После нескольких попыток, изменяя М2, выполняем построение, обеспечиваю-
щее условия правильного пуска (фиг 22).
Определяем сопротивление отдельных секций пускового реостата путем измере-
ния отрезков ab, be, cd, de (по аналогии с фиг. 10):
Rec ~ Rh Red = Rн ~aJ~ • Rde — Rh •
Сопротивления реостата составляют: Rec — 0,303 ом. Rca = 0,670 ом, Rae =
= 1,490 ом
« *
*
Согласно формулам (63), (64) для двигателя постоянного тока
с параллельным возбуждением имеет место соотношение
Е = 1/ — I яг я = КеФп.
Для холостого хода Е = U = К.еФпц.
По аналогии с асинхронным двигателем можно написать
__ пп — п _и — Е
~~ "о ~ о
Выражение крутящего момента имеет вид
Решая указанные выше уравнения совместно и произведя необ-
ходимые преобразования, получим
1агя — 9,81 Л4ф05.
Регулирование скорости
55
Таким образом, потери на нагрев обмотки якоря двигателя по-
стоянного тока с параллельным возбуждением выражаются так же,
как и у асинхронного двигателя.
При использовании для такого двигателя формулы (39) необхо-
димо иметь в виду, что в данном случае потери энергии в обмотке
возбуждения входят в постоянные потери электродвигателя, которые
опять-таки малы по величине. Поэтому потери на нагрев обмотки
якоря электродвигателя определяются по формуле
CD?n2
730 ООО "I 20J0- квт'сек- (76)
§ 11. РЕГУЛИРОВАНИЕ СКОРОСТИ
Скорость вращения двигателей постоянного тока, как это было
указано выше, определяется формулой (Ьб)
Отсюда вытекает, что скорость вращения может быть изменена
тремя способами:
I) изменением сопротивления цепи якоря гя;
2) изменением магнитного потока Ф;
3) изменением подводимого к двигателю напряжения U.
Первый способ регулирования скорости применяется редко: он
крайне неэкономичен и обладает теми же недостатками, что и реостат-
ное регулирование асинхронного двигателя с фазовым ротором.
По этому способу регулирование скорости производится с постоян-
ным, предельно допустимым, моментом.
В самом деле, если приближенно считать, что ток, определяемый
допустимым нагревом машины, одинаков на всех скоростях, то со-
гласно формуле (62) и предельно допустимый момент на всех ско-
ростях должен быть одинаков.
Значительное распространение получило регулирование скорости
изменением магнитного потока (так называемое шунтовое регули-
рование).
Величину потока можно изменять посредством реостата 2 (фиг. 22).
При увеличении сопротивления этого реостата уменьшается ток
возбуждения и магнитный поток и, согласно формуле (66), скорость
вращения увеличивается.
Согласно формулам (67) и (68) каждому уменьшенному значению
магнитного потока Ф соответствует новое увеличенное значение л0
и новый увеличенный угловой коэффициент Ь. Таким образом, при
ослаблении магнитного потока механические характеристики пред-
ставляют собой ряд прямых линий, расположенных выше естествен-
ной характеристики и имеющих тем больший наклон, чем- меньшим
потокам они соответствуют (прямые 5, 6, 7, 8 на фиг. 22). Характер»
chipmaker.ru
56 Электроглеханич. свойства двигателей постоян. тока с пар. возбужден
стики эти являются достаточно жесткими. Число их зависит от числа
контактов на реостате и может быть сделано каким угодно большим.
Таким образом, регулирование скорости ослаблением потока может
быть сделано практически бесступенчатым.
Рассматриваемый способ регулирования скорости происходит
без сколько-нибудь существенных потерь, так как ток, протекающий
по обмотке возбуждения, весьма мал по сравнению с током якоря.
Это регулирование является регулированием с постоянной, пре-
дельно допустимой, мощностью.
В самом деле, согласно формулам (24), (62) и (66), имеем
р М -п Км!я W 1 ягя) (77\
975 ~ 9/5Лв ‘ v ’
Если приближенно по-прежнему принять предельно допустимый
ток на всех скоростях одинаковым, то
Р =.К- /дГц) = const. (78)
У/ О/\£>
Таким образом, при регулировании скорости изменением магнит-
ного потока предельно допустимая мощность двигателя остается
неизменной при всех скоростях; предельно допустимый момент изме-
няется обратно пропорционально скорости вращения.
При повышении скорости вращения двигателя имеется тенденция
к увеличению искрения под щетками. Это объясняется тем, что
реактивная э. д. с., наводимая в коммутируемых секциях машины,
пропорциональна скорости ее вращения. Коммутация, налаженная
при определенной скорости вращения, при иных скоростях оказы-
вается менее удовлетворительной.
Кроме того, при работе электродвигателя с ослабленным потоком
уменьшается устойчивость его работы, особенно в том случае, когда
нагрузка на валу двигателя является переменной. При малом зна-
чении потока делается весьма заметным размагничивающее действие
реакции якоря; так как это размагничивающее действие определяется
величиной нагрузки (тока) электродвигателя, то при изменениях на-
грузки получаются резкие изменения скорости. Для повышения устой-
чивости работы регулируемые двигатели с параллельным возбужде-
нием часто снабжают слабой последовательной обмоткой возбужде-
ния. В этом случае размагничивающее действие реакции якоря будет
до известной степени компенсироваться потоком, создаваемым этой
дополнительной обмоткой.
Двигатели, предназначенные для работы с повышенными ско-
ростями, должны иметь также увеличенную механическую проч-
ность, что связано с увеличением стоимости машины.
Таковы причины, ограничивающие высшую скорость вращения
электродвигателя.
Для низшей скорости также имеется определенный практический
предел.
Регулирование скорости
57
Согласно формуле (62) крутящий момент определяет размеры,
вес и стоимость двигателей постоянного тока (точно так же, как
и асинхронных электродвигателей).
Это заставляет не увеличивать диапазон регулирования двига-
телей постоянного тока с параллельным возбуждением свыше
= 3:14-4:1.
ЛГП1П
Регулирование скорости двигателей постоянного тока посредством
изменения подводимого напряжения требует применения специаль-
ных схем.
Двигатели постоянного тока тяжелее и примерно втрое дороже
асинхронных. Коэффициент полезного действия у них ниже, а экс-
плуатация их является более сложной. Кроме того, нужно учесть,
что наши машиностроительные заводы получают энергию трехфаз-
ного тока; получение постоянного тока является для них известным
дополнительным затруднением и связано с добавочными потерями
энергии. Основной причиной применения для привода металлорежу-
щих станков двигателей постоянного тока с параллельным возбужде-
нием является возможность практически бесступенчатого и эконо-
мичного регулирования их скорости.
Пример. Двигатель постоянного тока с параллельным возбуждением имеет:
Мн = 9,35 кгм *; п = 1560 об/мин; Uн = 220 в; /я„ = 81,5 а; гя = 0,043 ом.
Определить, во сколько раз следует уменьшить его магнитный поток для
того, чтобы при моменте М, =0,6Мн получить скорость вращения = 1,6п„.
Решение. На основании формул (62), (63) и (64) составляем уравнения:
I . __ /У,Ф| . 2) — Ф1П1 . ^Я1ГЯ
Мн ^янФн Ен ®НПН Ен Е 1янгя
Решая совместно эти три уравнения, находим-^1- (а также -уД и
ф.
Ответ: -^Д- = 0,64.
Ф«
Пример. Двигатель постоянного тока с параллельным возбуждением имеет
следующие технические данные: Мн = 5,82 кгм; пн — 1500 об/мии; UH = 220 в;
1ЯН = 48 а; гя = 0,074 <м.
Написать уравнение механической характеристики двигателя прн магнит-
ном потоке, ослабленном до 0,5 номинального.
Решение.
1) По - инП.н „ , 2) пн^п0- ЬМн,
и н 1ЯНГЯ
откуда Ь — - ° г. П-н; 3) уравнение механической характеристики при ослаблен-
Z2 Ь
ном потоке согласно формуле (67) п = --М.
Ответ. Уравнение естественной характеристики п — 1525 — 4,3 М и урав-
нение при ослабленном потоке п = 3050 — 17,2 М.
* Определение номинального момента электродвигателя по данным ката-
лога посредством формулы (24) осуществлялось в предыдущих примерах и в
тапном случае не повторяется,
chipmaker.ru
58 Электромеханич. свойства двигателей постоян. тока с пар. возбужден.
Пусть электродвигатель постоянного тока с параллельным возбуждением имеет
регулирование скорости путем изменения магнитного потока при помощи реостата
возбуждения (фиг. 23). Будем условно считать, что этот реостат имеет только
четыре контакта.
Диапазон регулирования электродвигателя обозначим
р _ nmax
лт1п
(79)
где пт№ и nm)n — наибольшее и наи-
меньшее число оборотов электродвига-
теля в минуту.
Диапазон регулирования D электро-
двигателя обычно значительно меньше
диапазона регулирования Dc станка. Для
расширения диапазона регулирования
изменяют кинематическую схему станка
и на каждом варианте кинематической
Фиг 23. Схема регулируемого двига-
теля постоянного тока с параллельным
возбуждением.
схемы используют весь диапазон регули-
рования электродвигателя. Скорость вра-
щения шпинделя при определенной кине-
матической схеме станка и при наимень-
шей скорости вращения электродвигателя
по-прежнему назовем ступенью механического регулирования.
Лучевая диаграмма для такого регулирования представлена на фиг. 24. Толстыми
линиями показаны ступени механического регулирования. Соответствующие ско-
рости вращения обозначены пр п<:. Ступени электрического регулирования начер-
чены тонко. Цифры, проставленные на отдельных лучах диаграммы, указывают но-
мера контактов реостата в цепи
возбуждения (см. фиг. 23). Со-
противления реостата возбужде-
ния должны быть подобраны
так, чтобы соблюдался геомет-
рический ряд скоростей вра-
щения шпинделя станка со
знаменателем tp.
Согласно лучевой диаграм-
ме (фиг. 24) можно написать
п2 ~ nlDtp',
Пд •= n.^Dp = nlD2<f2.
Пусть пг соответствует по-
следней ступени механиче-
ского регулирования. Наи-
большую скорость вращения
шпинделя ст.-нка обозначим ns-.
"s = n'zD = n'^tp2-'. (80)
Фиг. 24. Лучевая диаграмма при электромеха-
ническом регулировании с применением двига-
теля постоянного тока.
Разделив обе части выражения (80) на получим
D,,-Dz<p2~l.
i множив обе части выражения (81) на <р, получим
— (Dtp)2,
(81)
(82)
Регулирование скорости
59
откуда
lg (De?)
lg (D<f)
(83)
Согласно той же лучевой диаграмме (фиг. 24) можно написать:
«а = «1?;
па =
«з ~ «i?s ’ (84)
где s — число всех скоростей.
Разделив правую и левую части последнего выражения на nt, получим
Dc=<ps-' (85)
ИЛИ
lg Dc = (s — 1) 1g?
и, следовательно,
s=4г -+1 (8б)
•g f
По этой формуле можно опредетить число всех скоростей шпинделя станка.
Число контактов k реостата, согласно фиг. 24, можно определить из соотношения
s = k-z.
откуда
k = (87)
В случае использования двигателей постоянного тока обычно применяют весьма
малые значения ср, и число контактов k получается большим. Таким образом, умень-
шая величину ступени, приходят к практически бесступенчатому регули-
рованию скорости.
Пример. Токарный станок должен иметь наименьшую скорость вращения шпин-
деля и, об/мин. Наибольшая скорость вращения шпинделя должна быть не менее
ns об/мин при знаменателе ряда $ Станок приводится во вращение регулируемым
двигателем постоянного тока с диапазоном регулирования D
Определить число ступеней г механического регулирования коробки скоростей
и число контактов k реостата.
Решение. Определяем диапазон регулирования станка
Определяем число ступеней механического регулирования по формуле (S3).
Так как число ступеней г должно быть целым числом, то округляем его значение
до ближайшего целого числа г'.
Определяем общее число скоростей шпинде 1Я, пользуясь формулой (86):
s = lfi(Dt-f) = 1g Рс
= lg ? 1g ?
+ 1.
Число контактов реостата, согласно формуле (87), составит
r.ru
60 Электромеханик. свойства двигателей постояв, тока с пар. возбужден
Округляем полученное число контактов до ближайшего целого числа <?'.
После всех произведенных в расчете округлений новый диапазон Dc регулиро-
вания станка можно определить из соотношения
В последнее время в отечественном станкостроении начинают применять бессту-
пенчатые механические (роликовые и шариковые) вариаторы, которые работают
совместно с несложной коробкой скоростей. Все рассуждения, относящиеся к бес-
ступенчатому электромеханическому регулированию, могут быть, применены и к
Фиг. 25. Зависимость z — f (Dc, ГУ).
данному случаю регулирования.
Если применяется нерегулируе-
мый электродвигатель и, следователь-
но, D = 1, то имеет место чисто
механическое регулирование.
Уравнения (81) и (83) для этого слу-
чая принимают вид
Dr = (88)
И
2 = igW> + L (89)
ig? ig?
Если станок имеет регулируемый
электродвигатель и неизменяемую ки-
нематическую схему, имеет место чис-
то электрическое регу-
лирование Тогда г = 1, и фор-
мула (81) принимает вид
Dc = D. (90)
Такое регулирование может быть осуществлено на специальном станке с отно-
сительно малым диапазоном регулирования Dc или в случае применения одной из
описанных ниже систем привода, обеспечивающих большое значение диапазона D
регулирования скорости двигателя.
В случае применения регулируемых электродвигателей постоянного тока или
систем регулирования напряжением целесообразно пользоваться реостатами
с большим числом контактов или практически бесступенчатым регули-
рованием, принимая <р= 1. Число ступеней механического регулирования при
этом определяется из формулы
, 1g
IgD '
(91)
Так как число ступеней z механического регулирования характеризует сложность
станка, то последняя зависимость показывает, как упрощается станок по мере уве-
личения диапазона регулирования скорости приводного электродвигателя. Для
расчета удобно пользоваться графиком, представленным нафиг. 25. Сначала задаются
диапазоном регулирования электродвигателя D, а затем подбирают такое число г
ступеней механического регулирования, при котором диапазон Г)с регулирования
станка примет нужное значение.
Следует заметить, что при бесступенчатом регулировании обычно ставят на станке
тахометр, измеряющий фактическую скорость вращения шпинделя.
Тормозные режимы
61
§ 12. ТОРМОЗНЫЕ РЕЖИМЫ
Если во время вращения двигателя постоянного тока изменить
направление тока только в цепи якоря или только в цепи возбужде-
ния, возникает торможение противовключением.
Обратному ходу двигателя соответствуют характеристики 2 и 3
(фиг. 26). Из них характеристика 2 является естественной, а харак-
теристика 3 соответствует включению реостата в цепь якоря.
Фиг. 26. Тормозные характеристики двигателей
постоянного тока с параллельным возбуждением.
Для торможения противовключением используют только реостат-
ные характеристики, так как при переходе с естественной характе-
ристики (например, из рабочей точки А) на естественную (безреостат-
ную) характеристику обратного хода возникают недопустимо боль-
шие токи и тормозные моменты. При переходе на характеристику 3
(из точки А в точку В), как видно из фиг. 26, возникает тормозной
момент, который убывает по мере уменьшения скорости вращения
ротора двигателя. При уменьшении скорости вращения до нуля
(точка С) двигатель должен быть отключен от сети, иначе он начнет
вращаться в обратную сторону.
Торможение противовключением выгодно отличается тем, что
тормозной момент при нулевой скорости не спадает до нуля, что обе-
спечивает интенсивность торможения.
Если якорь вращающегося двигателя отключить от сети и замк-
н\ть на реостат, сохранив возбуждение, машина начинает работать
chipmaker.ru
62 Электромеханич. свойства двигателей постояв, тока с пар. возбужден.
генератором, ток в якоре меняет направление, и момент становится
тормозным. Такое торможение называется динамическим.
Если в формуле (67) принять U = 0, то получим
П — ^М = ~ЬМ- (92'
Это выражение является уравнением механической характери-
стики динамического торможения. Она представляет собой прямую
линию, проходящую через начало координат с наклоном, опреде-
ляемым величиной углового коэффициента Ь. Изменяя сопротивле-
ние гя цепи якоря посредством реостата (фиг. 26), можно изменять
величину этого углового коэффициента и получить ряд тормозных
характеристик: 4, 5, 6.
При переключении двигателя на динамическое торможение про-
исходит переход из некоторой рабочей точки А в точку D, соот-
ветствующую тому же значению скорости; при этом возникает тор-
мозной момент. Изменяя сопротивление реостата в цепи якоря,
можно производить торможение на той или иной характеристике
(4, 5, 6), изменяя этим среднее значение тормозного момента и время
торможения.
Величину добавочного сопротивления, которое необходимо вклю-
чить для того, чтобы момент при переключении был равен задан-
ному, можно определить на основании следующих соображений.
Ток в якоре машины при динамическом торможении
'ят
где гят — полное сопротивление цепи якоря при динамическом
торможении.
Так как цепь возбуждения в обоих случаях включена на полное
напряжение сети, то поток машины остается неизменным. Поэтому
в первый момент торможения э. д. с. имеет то же значение, что и при
работе двигателем на естественной характеристике 1 (фиг. 26), а сле-
довательно, может быть определена по формуле (64)
Е = и-1ягя.
Вследствие постоянства магнитного потока машины тормозной
момент пропорционален току, а потому в качестве тормозного тока / ят
нужно принять величину, во столько раз большую номинального
тока якоря, во сколько раз момент при переходе на тормозной режим
должен быть больше номинального. После этого из уравнения (93)
можно определить полное сопротивление цепи якоря, а затем и сопро-
тивление тормозного реостата.
Что касается величины тормозного момента, то она выбирается
в пределах допустимой перегрузки двигателя.
Пример. Двигатель постоянного тока с параллельным возбуждением имеет
следующие данные: Рн = 13,5 кет; п = 1050 об/мин; UH — 220 в; 1Н ~ 73 а.
Тормозные режимы
63
Определить сопротивление тормозного реостата,
на динамическое торможение должен быть обеспечен
= 2/Ии.
Р е ш е н и е.
если при переключении
тормозной момент Мт =
I) =
1 н
2) /в =
*н
Uh
3) > ян
4) Ен а UH / янг я;
/и
5) I ят
0) гят “
‘ят
7) Rmp *“ гят гя.
Ответ: Rmpa 1,08 ом.
В процессе динамического торможения электродвигателя можно
изменять величину тормозного сопротивления подобно тому, как
это делалось во время пуска. Таким путем может быть увеличено
среднее значение тормозного момента.
В станкостроении применяется, однако, лишь торможение с неиз-
менным сопротивлением. Причиной является большая простота
управления электродвигателем в этом случае.
Потери энергии на нагрев цепи якоря двигателя с параллельным
возбуждением при торможении противовключением и при динами-
ческом торможении могут
в цепи ротора асинхронного
щего в этих режимах.
Потери на нагрев цепи
определяются по формуле
быть определены аналогично потерям
короткозамкнутого двигателя, работаю-
якоря при динамическом торможении
GEPn* t
^Атдин ~ 730 000 2000~ Кбт’С£’К
Постоянными потерями, в состав которых в данном случае вхо-
дят и потери на возбуждение, вследствие их весьма небольшой
величины пренебрегаем. Что касается торможения противовключе-
нием двигателей постоянного тока с параллельным возбуждением,
то в станкостроении оно применяется лишь в крайне редких случаях.
64 Электромеханич. свойства двигателей постоян. тока с пар. возбужден
§ 13. КОНСТРУКТИВНЫЕ ФОРМЫ
Отечественные двигатели постоянного тока на напряжения ПО,
220 и 440 в изготовляют горизонтальными со станиной на лапах
(фиг. 27, а), со станиной на лапах и с дополнительным фланцевым
щитом (фиг. 27, б), вертикальными фланцевыми со станиной без лап
(фиг. 27, о) и на лапах.
Двигатели изготовляют защищенными от попадания внутрь ма-
шины посторонних предметов и капель воды (серия ПН) и закрытыми
и с широким диапазоном регулирования, применяемых для при-
вода тяжелых станков, часто устраивают дополнительный вентилятор
с отдельным электродвигателем. Этот вентилятор обеспечивает над-
лежащее охлаждение электродвигателя при его вращении с низкими
скоростями.
При очень малых мощностях в станкостроении применяют так
называемые универсальные электродвигатели,
которые изготовляются на мощности от 5 до 100 вт и на напряже-
ния 110 и 220 в. Эти электродвигатели могут работать в сети постоян-
ного и переменного тока. Устройство такого двигателя сходно с
устройством двигателя постоянного тока с последовательным воз-
буждением, но статор машины выполнен из листовой стали. Дви-
гатель обладает мягкой характеристикой и допускает регулирование
скорости вращения посредством последовательно включенного рео-
стата и шунтирования якоря сопротивлением; он применяется для
маломощных вспомогательных приводов станков, когда требуется
регулирование скорости.
ГЛАВА IV
ПРИВОДЫ С РЕГУЛИРУЕМЫМ НАПРЯЖЕНИЕМ
§ 14. СИСТЕМА ГЕНЕРАТОР —ДВИГАТЕЛЬ
При конструировании металлорежущих станков часто требуется
бесступенчатое регулирование скорости вращения привода в пре-
делах более широких, чем те, которые может обеспечить регулиро-
вание посредством изменения магнитного потока двигателя постоян-
ного тока с параллельным возбуждением. В этих случаях применяют
более сложные системы электропривода.
На фиг. 28 представлена широко распространенная система при-
вода, в которой регулирование скорости двигателя достигается изме-
нением напряжения на зажимах генератора постоянного тока, пи-
тающего электродвигатель (система генератор — двигатель или со-
кращенно система Г — Д; та же система привода именуечся иногда
системой Леонарда).
Система состоит из первичного асинхронного (или любого дру-
гого) двигателя АД, генератора постоянного тока Г, возбудителя В
и двигателя постоянного тока Д, приводящего станок. Двигатель АД
присоединяется к сети трехфазного тока и вращается непрерывно
с приблизительно постоянной скоростью. Он приводит во вращение
генератор постоянного тока Г с независимым возбуждением и возбу-
дитель В, представляющий собой небольшой генератор постоян-
ного тока параллельного или смешанного возбуждения. Двигатель Д
имеет независимое возбуждение. Обмотки возбуждения генератора
ОВГ и двигателя ОВД питаются от возбудителя В. Изменяя реоста-
том 1 сопротивление цепи возбуждения генератора Г, можно изме-
нять его напряжение U и, что то же самое, напряжение, подводимое
к якорю двигателя Д. Таким путем осуществляется регулирование
скорости вращения двигателя Д. Двигатель при этом работает с пол-
ным и неизменным потоком (реостат 2 выведен). Согласно формуле (68)
при изменении напряжения U изменяется скорость п0 идеального
холостого хода двигателя Д. Так как поток двигателя и сопротивле-
ние его якоря не изменяются, то различным значениям U соответ-
ствуют прямолинейные механические характеристики, расположен-
ные одна под другой и параллельные друг другу (фиг. 29). Харак-
теристики эти имеют больший наклон, чем характеристики электро-
двигателя с параллельным возбуждением, имеющего ту же номиналь-
5 X аризоменов 2890
chipmaker.ru
66
Приводы с регулируемым напряжением
ОВД
ОВГ
Фиг. 28. Система генератор — двигатель.
Фиг. 29. Механические характеристики двигателя в системе Г — Д.
Система генератор двигатель
67
ную мощность. Это объясняется тем, что вследствие падения напря-
жения в сопротивлении якоря генератора Г напряжение U на его
зажимах при увеличении нагрузки и неизменном токе возбуждения
генератора снижается:
и = Ег-1ягг,
где Ef и гг— э. д. с. и внутреннее сопротивление генератора.
При работе с малыми напряжениями и, следовательно, с низкими
значениями п0 имеет место значительное относительное снижение
скорости двигателя под нагрузкой. Такие характеристики .нежела-
тельны для привода металлорежущих станков, вследствие чего диа-
пазон регулирования напряжением обычно не расширяют свы-
ше 5:1.
С уменьшением мощности двигателей внутренние относительные
сопротивления их увеличиваются, и механические характеристики
получают больший наклон. По этой причине диапазон регулирования
напряжением системы генератор—двигатель по мере уменьшения
мощности снижается и при мощностях менее 1 квгп он составляет
не более 3 : 1 или 2:1. Необходимо заметить также, что с умень-
шением магнитного потока генератора в большей степени сказы-
вается действие реакции якоря. Поэтому характеристики, относя-
щиеся к низким скоростям двигателя, фактически имеют еще боль-
ший наклон, чем это следует из уравнения механической характе-
ристики.
Увеличение диапазона регулирования достигается изменением
магнитного потока двигателя Д, как описано выше. Этому способу
регулирования скорости соответствуют характеристики, располо-
женные выше естественной (фиг. 29).
Общий диапазон регулирования скорости является произведе-
нием диапазонов регулирования обоими способами; обычно он дости-
гает 10—15. При этом регулирование изменением напряжения яв-
ляется регулированием с постоянным предельно допустимым мо-
ментом (поскольку магнитный поток двигателя остается неизмен-
ным); регулирование изменением магнитного потока электродви-
гателя Д, осуществляемое посредством реостата 2 (см. фиг. 28),
является регулированием с постоянной предельно допустимой мощ-
ностью.
Пуск в ход электродвигателя Д осуществляют следующим обра-
зом. Перед пуском реостат 2 полностью выводится, и поток двига-
теля достигает наибольшего значения. Далее реостатом / увеличи-
вают возбуждение генератора Г, что вызывает повышение напряже-
ния, приложенного к якорю двигателя Д. Двигатель Д ускоряется.
Во многих случаях при пуске реостат / не используется. К об-
мотке возбуждения генератора Г прикладывается при этом полное
напряжение возбудителя В. Как во всякой цепи, обладающей индук-
5*
68
Приводы с регулируемым напряжением
тивностью и активным сопротивлением, ток в обмотке возбуждения
будет нарастать по уравнению
(t \
l_~Lelre)t (94)
/
где Ue — напряжение, приложенное к обмотке возбуждения;
гв—сопротивление этой обмотки;
Le — ее индуктивность. Влиянием насыщения магнитопровода
пренебрегаем.
Фиг. 30. Изменение тока возбуждения генератора в системе Г — Д.
На фиг. 30, а (кривая /) представлен график зависимости
тока возбуждения от времени, соответствующий уравнению (94)
Из графика следует, что ток возбуждения нарастает постепенно,
и скорость этого нарастания определяется соотношением
~ = К (95)
'в
Величина Тв имеет размерность времени и называется электро-
магнитной постоянной времени обмотки возбуждения генератора.
Через время te 47'(, процесс возбуждения приближенно можно
считать законченным. Изменение напряжения генератора при пуске
будет иметь примерно такой же характер, как и изменение тока воз-
буждения.
В тех случаях, когда двигатель Д нужно пускать в ход часто,
описанный выше процесс постепенного нарастания тока возбужде-
ния ускоряют (форсируют), прикладывая в начальный момент к об-
мотке возбуждения напряжение, превышающее нормальное. Процесс
нарастания тока возбуждения будет при этом протекать по кривой 2
(фиг. 30, а). Когда ток в обмотке достигнет величины /в1, соответ-
ствующей установившемуся току возбуждения при поминальном
напряжении, форсировка снимается, т. е. напряжение на обмотке
возбуждения уменьшается до номинального. При этом процесс нара-
Система генератор — двигатель 69
стания тока протекает так, как это показано пунктирной линией на
фиг. 30, а. Время нарастания тока возбуждения до номинального
при этом уменьшается. Для форсирования возбуждения генера-
тора напряжение возбудителя В выбирается в 2—3 раза большим,
чем нормальное напряжение обмотки возбуждения генератора,
и в схему вводится добавочное сопротивление 4 (см. фиг. 28). Во время
пуска это сопротивление замыкается накоротко контактом 5, и к об-
мотке возбуждения прикладывается повышенное напряжение.
Система генератор—двигатель позволяет осуществить тормо-
жение с рекуперацией. Ток якоря электродвигателя может быть
выражен формулой (65):
. _ — Е
‘я Г
'я
Для торможения необходимо, чтобы ток в якоре изменил свой
знак; момент при этом также изменит знак и вместо крутящего ста-
нет тормозным. Торможение возникает при увеличении магнитного
потока электродвигателя посредством реостата 2 или при уменьшении
напряжения генератора посредством реостата 1. В обоих случаях
э. д. с. Е двигателя становится выше напряжения генератора U.
При этом электродвигатель Д обращается в генератор, который при-
водится во вращение кинетической энергией движущихся масс;
генератор Г обращается в электродвигатель и начинает вращать со
сверхсинхронпой скоростью машину АД, которая при этом обра-
щается в генератор и отдает энергию в сеть.
Торможение с рекуперацией можно, однако, осуществить и без
воздействия на реостаты 1 и 2. Если в схеме предусмотрено сопро-
тивление 6, включенное параллельно обмотке возбуждения, то тор-
можение будет иметь место при размыкании цепи возбуждения гене-
ратора (например, переключателем 3 на фиг. 28). При этом магнит-
ный поток генератора уменьшается и наводит в обмотке возбуждения
э. д. с. самоиндукции, что вызовет ток в замкнутой цепи, состоящей
из обмотки возбуждения генератора и сопротивления 6. Этот ток
будет уменьщаться согласно уравнению
t
где /? —величина параллельного сопротивления 6.
График, соответствующий уравнению (96), приведен на фиг. 30, б.
Постепенное уменьшение тока в обмотке возбуждения в данном
случае равносильно постепенному увеличению сопротивления рео-
стата 1 (см. фиг. 28). Следует заметить, что в дайной схеме сопро-
тивление 6, включенное параллельно обмотке возбуждения генера-
тора, является также разрядным сопротивлением. Оно предохра-
няет изоляцию обмотки возбуждения от пробоя в случае внезап-
ного аварийного обрыва цепи возбуждения. Действительно, при
chipmaker.ru
70
Приводы с регулируемым напряжением
обрыве цепи возбуждения магнитный поток машины, уменьшаясь,
наводит в витках обмотки возбуждения э. д. с. самоиндукции, кото-
рая при резком уменьшении потока достигает величин, способных
вызвать пробой изоляции на концах обмотки. При наличии разряд-
ного сопротивления 6 э. д. с. самоиндукции вызовет в контуре,
составленном из обмотки возбуждения и разрядного сопротивле-
ния, ток, замедляющий спадание магнитного потока. Падение напря-
жения на разрядном сопротивлении будет равно напряжению на
концах обмотки возбуждения. Чем меньше величина разрядного
сопротивления, тем меньше будет напряжение на концах обмотки
возбуждения при разрыве ее цепи.
Вместе с тем при уменьшении величины разрядного сопротивле-
ния возрастает непрерывно протекающий по нему ток и потери на
нагревание этого сопротивления. Поэтому при выборе величины
разрядного сопротивления должны быть удовлетворительно согла-
сованы оба указанных выше положения.
При отключении обмотки возбуждения генератора, вследствие
остаточного магнетизма, на его зажимах сохраняется некоторое не-
большое напряжение. Это может вызвать вращение электродвигателя
с небольшой, так называемой, ползучей скоростью. Для предупрежде-
ния этого обмотку возбуждения генератора после отключения ее от
возбудителя присоединяют к зажимам генератора так, чтобы э. д. с.
остаточного магнетизма вызывала в обмотке возбуждения генератора
ток, производящий его размагничивание. Для изменения напра-
вления вращения электродвигателя Д меняют направление тока
в обмотке возбуждения генератора Г посредством переключателя 3
(или иного аналогичного устройства). Вследствие значительной
индуктивности обмотки ток возбуждения при этом постепенно умень-
шается, меняет направление и затем так же постепенно нарастает.
Процессы пуска, торможения или реверса двигателя в рассмат-
риваемой системе отличаются высокой экономичностью.
Пусть при пуске двигателя постоянного тока посредством реостата
в цепи якоря ток сохраняет неизменное значение. Тогда общая
мощность, потребляемая в процессе пуска Рп = UIn, также будет
постоянной, так как И = const. Эта мощность в любой момент
времени является суммой тепловой мощности Рр, выделенной в рео-
стате, механической мощности Р, отданной двигателем станку,
постоянных потерь ДРПСГт двигателя и его переменных потерь ЬРпер.
Допуская, что скорость при пуске изменяется по линейному за-
кону, получим линейный закон нарастания механической мощности,
отдаваемой станку (фиг. 31, а). Это объясняется тем, что при неиз-
менном токе якоря момент двигателя также является постоянной
величиной.
На фиг. 31, б представлен аналогичный график, соответствующий
разгону электродвигателя в системе Г — Д. При этом также пред-
полагается, что величина тока якоря при пуске сохраняет неизмен-
ное значение, что достигается соответственным постепенным увеличе-
Электромашинные усилители и их применение
71
нием напряжения генератора. Нетрудно видеть, что энергия, потреб-
ленная двигателем при пуске, меньше, чем в первом случае.
Следует иметь, однако, в виду, что, помимо потерь в двигателе
в системе Г — Д имеют место потери в генераторе и первичном дви-
гателе, приводящем его во вращение.
Процессы пуска и торможения в системе Г — Д осуществляются
посредством легкой и компактной аппаратуры, управляющей лишь
Фиг. 31. Переходные процессы в системе Г — Д.
небольшими токами возбуждения. Все это делает описанную систему
весьма подходящей для работы с частыми пусками, торможениями
и реверсами.
Важнейшими недостатками описанной системы являются отно-
сительно низкий к. п. д. (при длительной работе двигателя) и высо-
кая стоимость, что объясняется наличием в системе большого числа
электрических машин. Кроме того, для размещения электрических
машин системы Г — Д требуется много места.
При длительной работе двигателя к. и. д. системы генератор —
двигатель при мощностях двигателя от 4 до 40 кет и при полной
его нагрузке колеблется в пределах 0,60—0,65, снижаясь при мощ-
ностях порядка 1 кет до 0,5 и ниже. Сказанное относится к работе
двигателя с большими скоростями вращения; при работе со скоро-
стями, близкими к нижней границе диапазона регулирования, к. п. д.
становится еще более низким, доходя у маломощных систем до зна-
чений 0,2—0,3.
Стоимость рассматриваемой системы превышает стоимость одного
короткозамкнутого асинхронного двигателя той же мощности
в 7—8 раз.
§ 15. ЭЛЕКТРОМАШИННЫЕ УСИЛИТЕЛИ И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ
Обширное применение в станкостроении получили электромашин-
ные усилители (ЭМУ) с поперечным полем.
Действие этого усилителя заключается в следующем. Пусть
через обмотку 1 возбуждения машины постоянного тока (фиг. 32)
chipmaker.ru
72
Приводы с регулируемым напряжением
Фиг. 32. Схема электромашинного
усилителя с поперечным полем.
протекает небольшой ток ь. Тогда обмотка 1 создаст также небольшой
магнитный поток Ф,.
Допустим, что якорь машины приводится во вращение некото-
рым первичным двигателем. Тогда, вследствие пересечения провод-
никами якоря потока фь в них будет наводиться э. д. с., направление
которой отмечено знаками, проставленными на сечениях проводни-
ков. Если теперь щетки, расположенные в плоскости, перпендику-
лярной потоку Фь замкнуть накоротко, то по обмотке якоря будет
протекать ток, совпадающий с э. д. с.
по направлению. Так как поток Ф!
и вызванная им э. д. с. невелики, ток
якоря даже при коротком замыка-
нии щеток не достигнет опасной
для целости машины величины.
Ток, протекающий по обмотке
якоря, создаст значительный поток
Ф2 реакции якоря, направленный
перпендикулярно потоку Фх. Про-
водники якоря будут пересекать
также и этот поток и в них будет
наведена э. д. с., направление кото-
рой указано знаками, стоящими
рядом с проводниками.
Если теперь в плоскости, перпен-
дикулярной к потоку Ф2, поместить
еще пару щеток, то током данной
машины может питаться потреби-
тель П, подключенный ко второй
паре щеток.
Нагрузочный ток создает магнит-
ный поток Ф3, направленный на-
встречу потоку Фь Поток Ф3 по сравнению с потоком Ф1 весьма велик
и для его компенсации ЭЛ1У снабжается специальной компенсацион-
ной обмоткой К, включенной последовательно с якорем.
При изменении нагрузочного тока потоки Ф3 и Ф4 также изме-
няются в равной степени.
Мощность Р, отдаваемая машиной (выходная мощность), во много
раз больше входной мощности Pi, которая была подведена к обмотке
Р
возбуждения машины /. Отношение -р- — Кр называется коэффициен-
том усиления ЭМУ по мощности. Коэффициент усиления по мощности
может достигать 10 000. Выходная мощность Р получается от пер-
вичного двигателя, вращающего ЭЛ1У.
Входная мощность Рь управляющая выходной мощностью,
весьма мала и может составлять всего несколько десятых долей ватта.
Такая малая входная мощность может быть получена даже от элек-
тронных ламп. Таким образом, ЭМУ дает возможность управлять
Электро машинные усилители и их применение
73
приводами значительной мощности при помощи малогабаритной,
дешевой и легкой аппаратуры.
ЭМУ с поперечным полем является весьма быстродействующей
системой. Время нарастания напряжения от нуля до номинального
значения занимает всего около 0,1 сек. Для возможности упра-
вления выходной мощностью посредством различных физических
параметров, преобразованных в соответственные изменения токов и
напряжений, ЭМУ снабжают несколькими обмотками управле-
ния 1, 2, 3.
Фиг. 33. Схема регулируемого электропривода с ЭМУ и тахогенератором.
Магнитная система ЭМУ выполняется без выступающих полюсов.
Применение ЭМУ с поперечным полем позволяет значительно
расширить диапазон регулирования скорости в системе генератор —
двигатель. На фиг. 33 приведена схема, в которой ЭМУ работает
в качестве возбудителя генератора Г. При помощи потенциометра П,
питаемого постоянным током, изменяется величина и направление
тока в обмотке управления 1 ЭМУ. Тем самым устанавливается
та или иная скорость и направление вращения двигателя Д.Обмотка 2
ЭМУ обтекается током тахогенератора ТГ, посаженного на вал элек-
тродвигателя Д. Напряжение ТГ пропорционально скорости вра-
щения.
Намагничивающая сила этой обмотки меньше, чем у обмотки /,
и действует ей навстречу (отрицательная обратная связь по ско-
рости). Таким образом, при уменьшении скорости вращения двига-
теля Д размагничивающее действие этой обмотки уменьшается, поток
ЭМУ возрастает, и напряжение на выходе ЭМУ повышается. Это
вызывает увеличение тока в обмотке возбуждения ОВГ генератора,
напряжение на зажимах генератора Г увеличится и вызовет увели-
чение скорости вращения электродвигателя Д.
При увеличении скорости вращения электродвигателя Дбудут
иметь место обратные процессы.
Посредством предусмотренных в схеме подстроечных реостатов
система может быть отрегулирована так, что механические характе-
chipmaker.ru
Приводы с регулируемым напряжением
74
Фиг. 34. Схема регулируемого электропривода
с обратными связями по току и напряжению.
ристики электродвигателя станут практически юризонтальными,
обеспечивая возможность значительного увеличения диапазона регу-
лирования скорости вращения двигателя Д.
На фиг. 34 представлена другая схема применения ЭМУ с попе-
речным полем. В этой схеме ЭМУ является генератором, непосред-
ственно питающим электродвигатель Д. Такие схемы возможны при
относительно небольших мощностях двигателя Д, так как ЭМУ
на большие мощности не изготовляются.
В рассматриваемой схеме обмотка управления 2 ЭМУ обтекается
током, величина которого пропорциональна току якоря электро-
двигателя Д. Обмотка
управления 3 включена
так, что ее намагничи-
вающая сила пропор-
циональна напряжению
на зажимах двигателя.
Электродвижущая
сила двигателя постоян-
ного тока может быть
выражена формулой
E—U — 1ягя.
Таким образом, при
встречном включении
обмоток 2 и 3 и соот-
ветствующем регулиро-
вании реостатами // и
/// разность намагничивающих сил обмоток 2 и 3 может быть сде-
лана пропорциональной э. д. с. двигателя Д, которая, в свою'оче-
редь, пропорциональна скорости его вращения. Обмотки включены
так, что намагничивающие силы обмоток 1 и 2 направлены со-
гласно друг другу, а намагничивающая сила обмотки 3 — им на-
встречу; результирующая намагничивающая сила обмоток 2 и 3 на-
правлена навстречу намагничивающей силе обмотки 1.
Таким образом, при положительной обратной связи по току
и отрицательной обратной связи по напряжению достигается автома-
тическая стабилизация скорости вращения электродвигателя Д,
подобная той, которая имела место в схеме с тахогенератором (при
отрицательной обратной связи по скорости).
Во избежание колебаний напряжения ЭМУ в схему вводят, по-
мимо указанных, еще одну обмотку управления так называемую
стабилизирующую или противоколебательную обмотку. Эта обмотка
(4 на фиг. 35, а и б) включается на выходное напряжение ЭМУ через
конденсатор С или стабилизирующий трансформатор ТС. При гаком
включении ток в стабилизирующей обмотке будет протекать только
тогда, когда напряжение на зажимах ЭМУ изменяется по величине.
Обмотка включена так, чтобы ток в ней при уменьшении напряже-
Элек грома шинные усилители и их применение
75
ния усиливал магнитный поток ЭМУ, а при увеличении напряжения—
уменьшал его. Эта обратная связь по скорости изменения напря-
жения (первой производной его по времени) называется гибкой
обратной связью и приводит к устранению колебаний.
Для защиты электрических машин и механизмов станка от пере-
грузки в системах с ЭМУ часто обеспечивают автоматическое огра-
ничение тока, потребляемого двигателем.
На фиг. 35, в представлена такая схема. Ограничение тока дости-
гается путем уменьшения потока ЭМУ, работающего в качестве
Фиг. 35 Схемы стабилизации и ограничения тока ЭМУ.
возбудителя генератора Г, когда отдаваемый генератором ток прев-
зойдет определенную величину. В данной схеме к обмотке управле-
ния ОВУ ЭМУ подводится разность двух напряжений. Одно из этих
напряжений t/j снимается с последовательно соединенных обмоток
Г — ДП и Д — ДП дополнительных полюсов генератора и двига-
теля и добавочного сопротивления ДС (если требуется). Это напря-
жение пропорционально току нагрузки.
Второе напряжение О2 снимается с потенциометра П. Оно состав-
ляет часть напряжения, подведенного к потенциометру от посторон-
него источника постоянного тока (обычно от твердого выпрямителя).
Вследствие наличия выпрямителя Вг ток в обмотке возбуждения
ОВУ под действием напряжения t/2 протекать не может. В цепи об-
мотки ОВУ ток возникнет лишь при токах нагрузки, превосходящих
допустимый, когда > иг. Протекая через обмотку ОВУ, этот
ток размагничивает ЭМУ, и э. д. с. генератора Г уменьшается.
При изменении направления тока нагрузки работает левая половина
потенциометра и ьыпрямитель Вг.
Применение ЭМУ с поперечным полем не ограничивается приве-
денными выше схемами. Существуют многочисленные комбинирован-
ные системы, в которых изменение выходного напряжения ЭМУ
производится в функции нескольких параметров.
chipmaker.ru
76
Приводы с регулируемым напряжением
На фиг. 36 представлена более сложная схема привода с ЭМУ,
в которой использованы изложенные выше принципы.
Отрицательная связь по напряжению осуществляется обмот-
кой ООСН. При этом вследствие шунтирования емкостью Сн добавоч-
ного сопротивления, включенного последовательно с этой обмоткой,
также имеет место и гибкая
обратная связь по производной
напряжения.
В этой схеме тахогенера-
тор Т связан с валом электро-
двигателя, приводящего в дви-
жение станок, посредством уско-
ряющей передачи. Этим обес-
печивается активное действие
тахогенератора в нижней части
диапазона регулирования ско-
рости. При увеличении скоро-
сти вращения до определенной
величины специальная центро-
бежная муфта отключает вал
тахогенератора.
При низких скоростях вра-
щения, составляющих не бо-
лее 20% номинальной, обмотка
ООСС обратной связи по ско-
рости включена на зажимы та-
хогенератора.
Действие ее в данном слу-
чае аналогично изложенному
выше (см. фиг. 33), причем
вследствие шунтирования емко-
стью С добавочного сопротивле-
ния, включенного в цепь этой
Фиг. 36. Схема регулируемого привода
с обратными связями по скорости
и по напряжению.
обмотки, достигается также дополнительная гибкая обратная связь
по производной скорости. Когда скорость вращения превышает 10—
20% номинальной, контакты РБ (фиг. 36) отключают обмотку ООСС
от зажимов тахогенератора и присоединяют ее к зажимам ЭМУ.
Катушки полюсов двигателя Д разделены на две одинаковые
группы. Одна из этих ipynn включена под постоянное напряжение.
Напряжение другой группы можно изменить посредством делителя
напряжения ДЙ по величине и направлению. При таком способе
включения магнитный поток машины может быть изменен в широких
пределах от суммы наибольших значений потоков двух половин цепи
возбуждения до их разности. При этом одна пара полюсов всегда
имеет полный магнитный поток, и поэтому реакция якоря сказы-
вается в меньшей степени, чем при ослаблении магнитного потока
всех полюсов одновременно.
Электромашинные усилители и их применение
77
Эта схема включения осуществима у всех многополюсных машин
постоянного тока, имеющих волновую обмотку якоря. Опьп пока-
зывает, что при таком регулировании потока может быть достигнута
устойчивая работа двигателя в значительном диапазоне скоростей
вращения. При использовании изменения напряжения ЭМУ и изме-
нения потока двигателя описанная схема обеспечивает диапазоны
регулирования до 600 : 1.
Дальнейшее расширение диапазона регулирования может быть
достигнуто путем применения электронного усилителя постоянного
тока, усиливающего разность напряжения тахогенератора и неко-
торого эталонного напряжения.
Разность этих двух напряжений подается на вход ЭМУ. В схеме
осуществляется положительная обратная связь по току нагрузки
и отрицательные обратные связи по напряжению, по приращению
напряжения, по скорости, по ускорению и по приращению ускоре-
ния.
Приводы с ЭМУ, электронным усилителем и эталонным напря-
жением обеспечивают диапазоны регулирования до 2000: 1 и выше.
Такие приводы удовлетворяют наиболее жестким требованиям,
предъявляемым к приводам цепей подач металлорежущих станков,
причем рабочие подачи и ускоренные перемещения могут быть полу-
чены от одного и того же привода при использовании чисто электри-
ческого регулирования скорости.
На фиг. 37 представлена схема привода с ЭМУ и электронным усилителем, обеспе-
чивающая весьма широкий диапазон регулирования (2000 и более). Как видно из
схемы (фиг. 37), электронный усилитель имеет два каскада: усиления напряжения
(ЭУН) и усиления мощности (ЭУМ).
Обмотка ОУ-3 является обмоткой управления ЭМУ. К ней подводится напря-
жение независимого источника постоянного тока, причем величину тока можно регу-
лировать посредством реостата ВС-1 и таким образом изменять скорость вращения
двигателя Д. Обмотка ОУ-3 осуществляет также отрицательную обратную связь по
напряжению.
Напряжение тахогенератора Т пропорционально скорости вращения двига-
теля. Это напряжение сравнивается с эталонным напряжением, приложенным
к сопротивлению ВС-2. Разность этих двух напряжений подается на вход электрон-
ного усилителя (фиг. 38). Кроме того, в электронный усилитель посредством транс-
форматора ТСС-1 (фиг. 37) подводится напряжение, пропорциональное ускорению.
Нижняя часть схемы электронного усилителя (фиг. 38) с триодом 6Н9 работает
по параллельно-балансной схеме в качестве усилителя постоянного тока с большим
коэффициентом усиления. Далее усиленное напряжение постоянного тока подастся
на вход второго каскада, являющегося усилителем мощности. Этот каскад, выпол-
ненный также по параллельно-балансной схеме, питает в качестве анодной нагрузки
две обмотки ОУ-1 и ОУ-2 электромашинного усилителя (потоки этих обмоток напра-
влены навстречу).
На вход каждой половины каскада ЭУМ подводится, кроме того, вторичное
напряжение трансформатора ТСН, первичная обмотка которого включена в попе-
речную цепь обмотки якоря ЭМУ. Это мероприятие усиливает стабилизацию скорости
вращения электродвигателя Д (см. фиг. 37).
При малых скоростях вращения электродвигателя система работает при глубо-
кой отрицательной обратной связи по скорости. По мере увеличения скорости вра-
щения электродвигателя степень этой связи начинает уменьшаться. При скорости,
близкой к 10% номинальной, напряжение тахогенератора становится равным эта-
chipmaker.ru
78
Приводы с регулируемым напряжением
лонному напряжению. При дальнейшем увеличении скорости электродвигателя
посредством изменения сопротивления ВС-1 происходит одновременное соответствен-
ное изменение эталонного напряжения иэ. Это достигается благодаря наличию
механической связи движков сопротивлений ВС-1 и ВС-2. Всякое отклонение ско-
рости вращения от заданной корректируется при этом электронным усилителем.
Помимо указанных обратных связей,
система имеет постоянно действующую
положительную связь по току нагрузки.
Эта связь осуществляется отдельной об-
моткой электромашинного усилителя.
Помимо ЭМУ с поперечным полем, в станкостроении некоторое
распространение получил электромашинный усилитель с крити-
ческим самовозбуждением. Эту машину называют также ЭМУ с про-
дольным полем или рототролом.
Действие этой машины заключается в следующем.
Пусть генератор постоянного тока имеет обмотку независимого
возбуждения 1 и обмотку самовозбуждения 2 (фиг. 39).
Если намагничивающая сила обмотки 2 является немного недо-
статочной для самовозбуждения машины, то требуются лишь не-
большие дополнительные ампервитки со стороны обмотки 1, чтобы
начался процесс самовозбуждения.
Приводы с магнитными усилителями и регулир. трансформаторами 79
Таким образом, для самовозбуждения машины достаточно под-
вести к обмотке / весьма малый ток и очень небольшую мощность.
После завершения процесса самовозбуждения
машина может отдавать значительные токи и
мощности.
Электромашинный усилитель с критическим
самовозбуждением представляет собой маломощ-
ный генератор постоянного тока с несколькими
обмотками возбуждения, из которых некоторые
используют в качестве обмоток управления (не-
зависимого возбуждения), а другие в качестве
обмоток самовозбуждения..
Фиг. 39. Схема ЭМУ
с самовозбуждением.
Фиг. 4U. Магнитный усили-
тель.
§ 16. ПРИВОДЫ С МАГНИТНЫМИ УСИЛИТЕЛЯМИ ,
И РЕГУЛИРУЕМЫМИ ТРАНСФОРМАТОРАМИ
В последние годы в различных отраслях про-
мышленности получили распространение так на-
зываемые магнитные усилители (дроссели насыщения).
Простейший магнитный усилитель представляет собой сердечник,
собранный из листовой стали, на который намотаны три обмотки
(фиг. 40).
Обмотка управления 1 включается в цепь постоянного тока. По
обмоткам 2 и 3 протекает переменный ток. При увеличении постоян-
ного тока в обмотке 1 стальной сердеч-
ник будет насыщаться. При этом будут
уменьшаться магнитные потоки, созданные
током каждой из обмоток 1 и 2, э. д. с. са-
моиндукции, наводимые в этих обмотках,
и их индуктивное сопротивление. Таким
образом, изменяя постоянный ток в обмот-
ке управления магнитного усилителя, по-
лучаем возможность управлять сопротив-
лением цепи переменного тока.
При включении обмоток 2 и 3, пред-
ставленном на фиг. 40., э. д. с., наводимые
в обмотке 1 пульсирующими магнитными
потоками обмоток 2 и 3, взаимно компен-
сируются.
Мощность постоянного тока, подводи-
мая к обмотке /, может быть весьма ма-
малой мощности возможно управлять
лой. Посредством этой
весьма значительными мощностями в цепи переменного тока. От-
ношение управляемой мощности к управляющей называется коэф-
фициентом усиления по мощности магнитного усилителя. Коэффи-
циент усиления по мощности у магнитного усилителя может быть
очень велик (десятки и сотни тысяч).
80
Приводы с регулируемым напряжением
Магнитные усилители обычно имеют несколько обмоток управ-
ления, что дает возможность управления в функции нескольких пара-
метров.
К числу достоинств магнитного усилителя можно отнести его
большую эксплуатационную надежность и высокий к. п. д. Недо-
статком магнитных усилителей является их инерционность.
Фиг. 41. Схема регулируемого привода с магнитным усилителем.
На фиг. 41 представлена схема маломощного регулируемого
привода подачи резьбошлифовального станка с магнитным усилите-
лем (ЗВШС, ЭНИМС). В этой схеме регулируемый электродвигатель
постоянного тока питается от сети переменного тока посредством
селенового выпрямителя СВ1. Якорь двигателя включен в диагональ,
моста выпрямителя СВ1. Обмотка возбуждения ОВД двигателя по-
стоянного тока включена в схему отдельного выпрямителя, не пока-
занного на схеме, присоединенного к той же сети переменного тока
через стабилизатор напряжения.
Изменяя величину постоянного тока в обмотке управления 3
магнитного усилителя, можно изменять индуктивные сопротивле-
ния обмоток А и В переменного тока. Это влечет за собой изменение
Приводы с магнитными усилителями ирегулир. трансформаторами 81
напряжения на якоре >7 электродвигателя и, следовательно, изме-
нение скорости его вращения.
При указанном на фиг. 41 включении обмоток А и В через них
протекают пульсирующие токи постоянного направления. Такой
ток можно представить как сумму постоянной и переменной состав-
ляющих. При всяком изменении нагрузки регулируемого двигателя
меняется постоянная составляющая тока в обмотках Л и Ви в связи
с этим изменяется насыщение сердечника магнитного усилителя.
Таким образом осуществляется положительная обратная связь по
току якоря. Кроме этой внутренней связи, в схеме предусмотрена
внешняя обратная связь по току якоря, осуществляемая обмоткой 1,
а также отрицательная обратная связь по напряжению, осуществляе-
мая обмоткой 2. Эти обратные связи обеспечивают автоматическое
поддержание постоянства скорости вращения электродвигателя на
заданном уровне, основанное на тех же принципах, которые были рас-
смотрены выше.
Регулирование скорости производится посредством потенцио-
метра П, с помощью которого в обмотке 3 можно изменять величину
и направление постоянного тока. Изменение направления тока тре-
буется для того, чтобы при малых скоростях вращения уменьшать
действие указанной выше внутренней обратной связи, которое в этом
случае является чрезмерным.
Обмотки А и В включены встречно. Поэтому переменные состав-
ляющие токов обмоток Л и В не наводят э. д. с. в обмотках 1, 2 и 3.
В рассмотренном приводе используется только регулирование
напряжением, осуществляемое посредством потенциометра 77, при-
чем обеспечивается регулирование электродвигателя мощностью
0,25 кет в диапазоне 10 : 1. Преимуществами данной системы при-
вода является большая надежность системы усиления, лишенной
каких-либо движущихся частей.
Следует отметить, что существуют многочисленные схемы с маг-
нитными усилителями, позволяющие регулировать в широких пре-
делах скорость вращения короткозамкнутых асинхрош ых двига-
телей. Такое регулирование, связаннее с необходимостью рг беты
с большими скольжениями, а следовательно, и со значительными
нагревами машин, распространения в станкостроении не получило.
В отечественном станкостроении применялся также маломощный
привод, у которого двигатель постоянного тока питался от сети пере-
менного тока через регулируемый автотрансформатор и двухполу-
периодный выпрямитель. Воздействуя на автотрансформатор, можно
было изменять напряжение на якоре двигателя постоянного тока
и, следовательно, регулировать скорость его вращения. Обратные
связи в схеме отсутствовали, и скорость вргщения двигателя при
изменении нагрузки менялась в значительных пределах.
В Англии некоторое применение получили регулируемые приводы
мощностью до 120 кет с твердыми выпрямителями и индукционными
регуляторами. У такого привода индукционный регулятор присоеди-
Ь Харизочепов 28.0
chipmaker.ru
82
Приводы с регулируемым напряжением
няется к сети трехфазного тока. Вторичное напряжение индукцион-
ного регулятора подается на твердый выпрямитель, собранный по
схеме двухполупериодного выпрямления трехфгзного тока, к кото-
рому присоединен якорь двигателя постоянного тока.
Если требуется стабилизация скорости двигателя, то применяют
дополнительную обмотку возбуждения двигателя, поток коюрой
автоматически изменяется в зависимости от скорости г ращения
двигателя.
В последние годы начали применять германиевые твердые выпря-
мители Такие выпрямители отличаются от селеновых выпрямителей
очень высоким к. п. д., весьма малыми габаритами и большой дол-
говечностью.
§ 17. ИОННЫЕ ПРИВОДЫ
Помимо описанных выше приводов с широким и плавным регули-
рованием скорости, в станкостроении некоторое распространение
получили также так называемые ионные приводы, в которых управле-
ние электродвигателем и питание его производятся посредством
электронных и ионных приборов.
Один из таких приводов, разработанный в Экспериментальном
научно-исследовательском институте металлорежущих станков
В. Г. Зусманом и П. В. Маркиным, получил название ЭЛИР.
На фиг. 42 представлена схема силовых цепей электронно-ион-
ного привода ЭЛИР. Для питания цепи якоря двигателя Д по-
стоянным током служат тиратроны 1Т и 2Т.
Для питания цепи анодного тока тиратронов применен трансфор-
матор Tpt с первичной обмоткой 1 и вторичной обмоткой 2. Для
питания цепей накала тиратронов, а также для управления слу-
жит трансформатор Тр2 с первичной обмоткой 3 и двумя вторич-
ными обмотками 4 и 5. Кроме того, в цепи сеток тиратронов введен
трансформатор Тр3.
В течение полу периода, когда левый конец вторичной обмотки 2
трансформатора Трх является положительным, зажигается тира-
трон 1Т, и постоянный ток течет через этот тиратрон к средней
точке вторичной обмотки 4 трансформатора накала Тр2, в якорь
электродвигателя Д и возвращается к средней точке обмотки 2.
Левая половина обмотки 2 в данном случае является рабочей, и ток
протекает в направлении, указанном на фиг. 42 сплошными стрел-
ками В следующую половину периода изменится полярность об-
мотки 2, и ток будет протекать через тиратрон 2Т по цепи, указанной
пунктирными стрелками.
Ток в обмотке якоря и в том и в другом случае имеет одно и то же
направление и переменную величину (фиг. 43, а) Средним значе-
нием пульсирующего тока в якоре электродвигателя Д можно управ-
лять. изменяя напряжение*на сетках тиратронов 1Т и 2Т. Принцип
такого управления заключается в следующем. Анодное напряже-
Ионные приводы
F3
ние иа каждого тиратрона изменяется по синусоиде (фиг. 43, б).
Тиратрон может зажечься лишь в том случае, когда его анод нахо-
дится под положительным потенциалом по отношению к нити накала
Фиг. 42. Схема силовых цепей привода ЭЛИР.
Прикладывая к сетке отрицательное напряжение ис достаточной ве-
личины, можно не допустить зажигания тиратрона. Чем выше в дан-
Фиг. 43. Графики изменения тока электродвигателя привода ЭЛИР.
ный момент положительный потенциал анода, тем больше должен
быть отрицательный потенциал сетки для того, чтобы не допустить
ионизацию газа в тиратроне и прохождение через него тока Пунктир-
ной кривой показаны на фиг. 43, б те наименьшие отрицательные
напряжения ик, приложенные к сетке, при которых тиратрон при
данных значениях анодного напряжения иа не зажигается. Если
6*
84
Приводы с регу шруемым напряжением
напряжение сетки ис изменяется тоже по синусоиде, как это показано
на фиг. 43, б, то тиратрон будет зажигаться всякий раз, когда отри-
цательное напряжение сетки станет по абсолютной величине меньше
критического. Вследствие нейтрализации отрицательного потенциала
сетки положительными зарядами ионизированного газа, изменение
сеточного напряжения ис после зажигания тиратрона на его работу
не влияет. Поэтому протекание тока через тиратрон после его зажи-
гания будет продолжаться до тех пор, пока анодное напряжение не
упадет до достаточно малых значений. Во время отрицательной полу-
Фиг. 44. Векторная диаграмма фазо-
регулятора.
волны анодного напряжения ти-
ратрон работать не может, и по-
этому новое зажигание тиратрона
произойдет в следующий положи-
тельный полупериод при тех же
условиях.
Изменяя угол сдвига фаз меж-
ду напряжениями ип и ис, т. е.
сдвигая синусоиду сеточного на-
,у пряжения относительно синусои-
ды анодного в ту или иную сто-
рону, можно изменять продол-
жительность горения тиратрона
в течение каждого положитель-
ного полупериода и тем самым
изменять величину среднего напряжения, приложенного к щеткам
якоря двигателя Д Наибольшая продолжительность горения тират-
рона будет иметь место при совпадении фаз сеточного и анодного на-
пряжения; в случае же противофазы тиратрон вообще гореть не будет.
К сеткам тиратронов 1Т и 2Т (см. фиг. 42) переменное напряже-
ние подводится посредством трансформатора Тр3, первичная обмотка
которого присоединена к точкам а и б мостовой схемы, именуемой
фазорегулятором, фазовращателем или фазосмещателем.
В схему фазорегулятора входит еще одна вторичная обмотка 5
трансформатора Тр2, активное сопротивление R, и обмотка Д, маг-
нитного усилителя. Обозначим индуктивное сопротивление этой
обмотки через X,. Небольшим активным сопротивлением ее будем
пренебрегать.
Трансформатор Тр3 подает напряжение на сетки тиратронов;
поэтому ток в его первичной обмотке имеет ничтожную величину.
В случае пренебрежения этим током, для замкнутого контура фазо-
регулятора может быть построена векторная диаграмма, представ-
ленная на фиг. 44. На этой диаграмме I — ток в замкнутом контуре;
IR, и IX, — соответственно падение напряжения в активном и индук-
тивном сопротивлении, a UT — напряжение на концах вторичной
обмотки 5 трансформатора Тр2. В случае изменения величины индук-
тивного сопротивления обмотки Д, диаграмма будет изменяться. Так
как напряжение UT не меняет своей величины, а угол В всегда
Ионные приводы
85
остается прямым, то точка В при этом перемещается по окружности,
диаметром которой является вектор UT. Вектор напряжения между
точками а и б (см. фиг 42) представляет собой геометрическую раз-
ность половины напряжения (7Г (фиг. 44) и падения напряжения //?,.
Как нетрудно видеть, при перемещении по окружности точки В
угол между векторами UT и //?, будет изменяться.
Напряжение UT находится в фазе с напряжением вторичной об-
мотки 2 трансформатора Трх (см. фиг. 42). На сердечнике магнит-
Фиг. 45. Схема управления магнитным усилителем привода ЭЛИР.
ного усилителя, кроме катушки Д,, включенной в цепь фазорегуля-
тора, имеется еще одна обмотка Д2, обтекаемая постоянным током.
Это так называемая обмотка подмагничивания. Изменяя величину
постоянного тока в обмотке магнитного усилителя Д2, можно изме-
нить насыщение сердечника, а следовательно, и величину перемен-
ного магнитного потока катушки Д, включенной в цепь фазорегуля-
тора. Это вызывает изменение ее индуктивного сопротивления X,.
Управление обмоткой подмагничивания Д2 магнитного усилителя
показано на фиг. 45. Как видно из схемы, обмотка подмагничивания
включена в анодную цепь электронной лампы А1 К сетке этой лампы
напряжение подводится посредством делителя напряжения, состоя-
щего из сопротивлений 1R, 2R и 3R. В свою очередь, сопротивле-
ние 1R включено в анодную цепь лампы Б1. К сетке лампы Б1 под-
водится напряжение, равное сумме напряжения (7,, снятого с потен-
циометра 1ПУ, и напряжения (У2. Величина U2 пропорциональна
разности напряжения на щетках электродвигателя и падения напря-
жения в его якоре, пропорционального току якоря. Как было ука-
зано выше, эта разность пропорциональна скорости вращения элек-
тродвигателя.
86
Приводы с регулируемым напряжением
Напряжение сетки лампы Б1 меняется автоматически при изме-
нении скорости вращения электродвигателя и, кроме того, может
быть произвольно изменено путем перемещения движка потенцио-
метра управления 1ПУ. Изменение напряжения сетки лампы Б1
вызывает изменение ее анодного тока, протекающего через сопро-
тивление 1R. Это, в свою очередь, вызывает изменение напряжения
сетки лампы А1, а следовательно, и изменение тока в обметке Д2
магнитного усилителя. При этом изменяется индуктивное сопротив-
ление X, обмотки Д| магнитного усилителя (см. фиг. 42), и фазы се-
точных напряжений тиратронов 1Т и 2Т изменяются.
Величина и направление регулирующих воздействий выбираются
таким образом, что при всяком отклонении скорости вращения дви-
гателя Д от заданной возникает переходной процесс, восстанавли-
вающий прежнюю скорость вращения.
Напряжение, пропорциональное току якоря, получается посред-
ством трансформаторов тока Т1\ и ТТ2 (см. фиг. 42) и специального
выпрямителя.
Цепь возбуждения двигателя получает питание от двух других
тиратронов, включенных по схеме, аналогичной рассмотренной.
Если не производится регулирование скорости двигателя изменением
его магнитного потока, питание обмотки возбуждения осуществляется
посредством газзтропсв.
Описанное устройство предназначено для двигателей малой мощ-
ности. у которых нет необходимости уменьшать толчок пускового
тока. При необходимости ограничения пускового тока схема должна
быть дополнена таким электронным управлением, которое, воздей-
ствуя па тот же магнитный усилитель, обеспечивало бы надлежащее
снижение пускового тока. Эти дополнительные устройства усложняют
схему и увеличивают число электронных ламп.
Диапазон регулирования скорости изменением напряжения в при-
воде ЭЛ ИР доходит до 35 : 1, а регулирования изменением потока дви-
гателя — до 4:1.
Ионные приводы с использованием тиратронов строят до 3—5 кет.
К числу недостатков ионных приводов можно отнести низкий
cos <р, величина которого при малых скоростях вращения падает
до 0,25. Известным затруднением являются также и ограниченные
сроки службы электронных ламп (от 5С0 час ) и, следовательно,
необходимость их периодической замены. Пульсации выпрямленного
тока вызывают повышенные потери в двигателе и его приходится выби-
рать на несколько большую номинальную мощность, чем это требуется
из условий его нагрузки. К. п. д. ЭЛ ИР уменьшается по мере умень-
шения скорости, снижаясь до значений порядка 0,3 при минималь-
ных скоростях вращения. Вследствие малой перегрузочной способ-
ности тиратронов их приходится выбирать большими, чем это тре-
буется, исходя из величины среднего тока.
Ионным прибором, более надежным чем тиратрон, является метал-
лический ртутный выпрямитель. Если этот выпрямитель построен
Электрический вал и его применение в станкостроении
87
с высокой степенью герметизации, он не нуждается в вакуумных
насосах.
На фиг. 46 представлена принципиальная схема привода с пита-
нием от ртутного выпрямителя.
Ртутный выпрямитель подключается к сети трехфазного
тока через трансформатор, имеющий шесть вторичных обмоток,
посредством которого осуществляется преобразование трех-
фазного тока в шестифазный.
Управление двигателем Д про-
изводится посредством управ-
ляющих сеток методами, ана-
логичными применяемым в схе-
мах с тиратронами.
Следует заметить, что про-
изводство запаянных ртутных
выпрямителей, работающих без
насосов, связано с рядом труд-
ностей, вследствие чего данный
вид привода сколько-нибудь
широкого применения в про-
мышленности еще не получил.
фиг. 46. Привод с управляемым ртутным
выпрямителем.
§ 18. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ВАЛ И ЕГО ПРИМЕНЕНИЕ В СТАНКОСТРОЕНИИ
Допустим, что два вала / и II (фиг. 47), не имеющие механиче-
ской связи друг с другом, должны вращаться с одинаковыми ско-
ростями. Для обеспечения такого синхронного вращения с двига-
телями Д1 и Дг, вращающими соответственно валы I и 11, связы-
ваются вспомогательные асинхронные
машины А у и А 2 с фазовыми роторами.
Роторные обмотки этих машин соединя-
% ются друг с другом встречно, как по-
казано на фиг. 47. В случае вращения
обеих машин с одинаковыми скоро-
стями электродвижущие силы, наведеи-
Фпг. 47. Схема синхронной цые в обмотках роторов машин A t и А 2,
связи- направлены навстречу друг другу
(фиг. 48, а), и ток в цепи роторов равен
нулю. Допустим, что направление вращения поля вспомогательных
машин совпадает с направлением вращения их роторов. При замед-
лении вращения машины Аг ротор отстанет от ротора /lt, вслед-
ствие чего э. д. с. Ег2, наведенная в обмотке ротора этой машины,
сместится по фазе в сторону опережения (фиг. 48, б), и в цепи ро-
терэв машин Л! и Аг возникнет разность э. д. с. Е, которая вызо-
вет появление в этой цепи уравнительного тока /.
Вектор тока / будет отставать от вектора Е на угол 6 (фиг. 48, б).
Проекция вектора тока I на вектор Ерг совпадает с этим вектором
88
При&оды с регулируемым напряжением
по направлению. Проекция же вектора тока на вектор ЕР1 направ-
лена навстречу ему. Это указывает на то, что машина Л г будет
работать в режиме двигателя, а машина /Ij — в режимэ генератора.
При этом вал машины А2 получит ускорение, а вал машины AY
будет замедляться. Таким образом, машины развивают моменты,
направленные к восстановлению синхронного вращения валов I
и // и прежнего положения в пространстве роторов машин At и А2.
Роторы этих машин могут вращаться как по направлению вращения
поля, так и против поля.
Описанная система носит название электрической системы син-
хронного вращения. Ее называют также электрическим валом.
Фиг. 49 Синхронная связь цепи главного
движения станка с цепью подачи.
Фиг. 48. Векторные диа-
граммы системы синхрон-
ной связи.
Система синхронного вращения могла бы заменить собой, напри-
мер, ходовые винты у токарно-винторезных станков.
Так как цепи подачи металлорежущих станкоз потребляют обычно
весьма малую мощность по сравнению с мощностью цепей главного
движения, то для синхронизации главного движения с подачей
может быть применена более простая схема синхронного вращения,
представленная па фиг. 49. В этом случае неизбежно постоянное
рассогласование между положениями роторов машин А2 и Аг, без
чего в цепи ротора машины А г не было бы тока и она не смогла бы
приводить в движение цепь подачи. Так как машина Аг в данной
схеме получает питание как со стороны статора, так и со стороны
ротора, данная система электрического вала требует шестипро-
водной подводки к движущимся частям станка.
В пределах углового рассогласования, не превышающего 90°,
электрический синхронизирующий момент возрастает. Для обеспе-
чения значительного синхронизирующего момента машины синхрон-
ной связи при всех возможных скоростях вращения должны рабо-
тать с большими ско’льжениями (не менее 0,3—9,5). Поэтому во избе-
жание недопустимого нагрева машины эти приходится выбирать
достаточно больших размеров.
Электрический вал и его применение в станкостроении
89
Перед началом работы электрического вала асинхронные ма-
шины AL и Л 2 включают на однофазное питание. При этом ротор
машины А 2 занимает исходное положение, соответствующее поло-
жению ротора машины AL (согласованное положение).
Подобная система электрического вала была применена на токар-
ных станках фирм Фрорип и Вагнер (ФРГ); на зубошлифовальном
стайке фирмы Рейсхауер (Швейцария)-применена иная система.
Применение систем синхронного вращения представляет особый
интерес для тяжелых станков, где изготовление длинных ходовых вин-
Фиг. 50. Система синхронной связи с ЭМУ.
тов связано со значительными трудностями. Нужно считаться также и
с тем, что с увеличением длины винтов или валов вследствие их скру-
чивания точность согласования взаимного расположения частей
станка уменьшается. В системе же электрического вала расстояние
между валами никакого влияния на точность работы оказать не
может. Абсолютная точность работы у многих систем синхронного
вращения также может быть весьма значительной.
Использование электрического вала в тяжелых токарных и кару-
сельных станках позволило бы исключить механические связи суп-
портов со шпинделем и сильно упростить кинематическую схему
тяжелых станков, где суммарная длина винтов и валов доходит
до 100 м. Исключительно важное значение имеет развитие систем
электрического вала для зуборезных и зубошлифовальных станков.
Наряду с рассмотренной выше, в станкостроении нашла приме-
нение система синхронного вращения, схема которой приведена
на фиг. 50. В этой схеме для синхронной связи использованы
маломозгные асинхронные машины с однофазным статором- и трех-
фазным ротором, называемые сельсинами. С двигателем шпин-
chipmaker.ru
Приводы с регулируемым напряжением
90
деля ДШ связывается ротор задающего сельсина СД и тахогене-
ратор ТГ. Ротор сельсина-приемника связывается с двигателем
подачи ДП, который питается от ЭМУ.
В начальном положении роторов сельсинов, когда рассогласо-
вание отсутствует, в обмотке ротора сельсина-приемника никакой
электродвижущей силы не индуктируется. При всяком отклонении
роторов сельсинов от этого положения, на концах обмотки ротора
сельсина-приемника СП появляется напряжение, величина и фаза
котсрого соответствуют величине и направлению углового рассо-
гласования. Эго напряжение подается на электронный усилитель ЭУ,
Фиг. 51. Система синхронной связи
который питает обмотку 2ОВ воз-
буждения ЭМУ. При этом изме-
няется напряжение, приложенное
к якорю двигателя ДП, а следо-
вательно, и скорость его враще-
ния.
Как видно из схемы, напряже-
ние, подводимое к электронному
усилителю ЭУ, изменяется также и
при изменении скорости вращения
двигателя шпинделя.
Угол рассогласования между
валами двигателя подачи и дви-
гателя шпинделя можно наблю-
дать посредством специального
указателя ошибки, непрерывно
с роторным рео.татом. измеряющего напряжение сель-
сина-приемника СП. Кроме того,
величина рассогласования контролируется защитным устрой-
ством ЗУ. При возрастании угла рассогласования до определенной
величины срабатывает промежуточное реле РП, отключающее цепь
электромагнита ЭМ. При этом мощная пружина быстро отводит
резец.
Помимо указанного, система имеет обратные связи по току и
напряжению двигателя ДШ и цепь стабилизации, подобные рас-
смотренным выше.
Данная система электрического вала была с успехом применена
на отечественном тяжелом токарно-винторезном станке 1682.
Обе рассмотренные выше системы являются одинаково пригод-
ными для применения в токарно-винторезных станках, где допустима
угловая ошибка в пределах 5—10°.
В зуборезных станках допустимы весьма малые углы рассогла-
сования (несколько минут). В этой области не накоплен еще доста-
точный опыт; однако можно предполагать, что использование сель-
синной синхронной связи и ряда мероприятий, направленных к повы-
шению точности ее работы, позволит нарезать зубчатые колеса 1 —
2-го класса точнрети.
Электрический eat и его применение в станкостроении
91
Существенным недостатком систем электрического вала в тяжелых
станках является возможность порчи дорогостоящей заготовки при
перерыве подачи электроэнергии, поскольку в этом случае сразу
возникает рассогласование. В некоторых случаях при такой аварии
порча з 1готсв:<и может быть предотвращена путем быстрого авто-
матического отвода инструмента.
Помимо рассмотренных систем электрического вала, в станко-
строении известный интерес представляет схема, показанная на
фиг. 51, в которой имеются два одинаковых асинхронных двигателя
с фазовыми роторами. Так как цепь обоих роторов замкнута на рео-
стат R, при подключении двигателей к сети переменного тока оба
они начинают вращаться. Помимо токов (фиг. 51), протекающих
в обмотках роторов и реостате, в цепи роторов течет уравнительный
ток. Наличие этого тока обусловливает появление синхронизирую-
щего момента, вследствие чего машины вращаются синхронно.
Такая система может быть использована в целях упрощения кине-
мат:п и для привода поперечин крупных с;рогальных, фрезерных
и карусельных станков.
Крэме приведенных выше систем электрического вала, для нужд
станкостроения разрабатывались многочисленные другие системы
(в том числе однофазные), не рассмотренные в настоящем параграфе.
chipmaker.ru
ГЛАВА V
ОПРЕДЕЛЕНИЕ МОЩНОСТИ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ
§ 19. НАГРЕВАНИЕ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ ПРИ НАГРУЗКЕ
Правильное определение мощности электродвигателей у металло-
режущих станков имеет весьма большое значение. Недостаточная
мощность электродвигателя влечет за собой неполное использование
станка, невозможность осуществить намеченный технологический
процесс и преждевременный выход электродвигателя из строя.
Слишком большая мощность электродвигателя вызывает системати-
ческую недогрузку его и вследствие этого неполное использование
двигателя, работу его с низким к. п. д. и низким коэффициентом
мощности (у асинхронных двигателей). Помимо этого, при завышен-
ной мощности двигателя возрастают капитальные и эксплуатацион-
ные затраты.
При работе станка требуемая им мощность, а следовательно,
и мощность, развиваемая электродвигателем, изменяются. Загрузка
электродвигателя может быть охарактеризована нагрузочным гра-
фиком (фиг. 52), представляющим собой зависимость мощности на
валу электродвигателя, его момента или тока от времени. После
окончания обработки заготовки станок останавливают и произво-
дят промеры и смену заготовки, после чего снова повторяется нагру-
зочный график (при обработке однотипных деталей).
Для обеспечения работы по этому нагрузочному графику электро-
двигатель должен удовлетворять двум условиям: 1) быть в состоянии
развить наибольшую мощность, требуемую в процессе обработки,
Нагревание электродвигателя при нагрузке
93
и 2) при работе по данному нагрузочному графику не перегреваться
свыше нормы. Допустимая nepei рузка электродвигателей опре-
деляется их электрическими свойствами. Значения этих перегру-
зок приведены выше.
При работе двигателя в нем имеет место потеря энергии (и мощ-
ности), что вызывает его нагрев.
Пусть электродвигатель потребляет из сети, к которой он при-
соединен, электрическую мощность Pt и отдает станку механиче-
скую мощность Р. В электродвигателе часть потребляемой мощности
расходуется на нагрев его обмоток, на нагрев магнитопровода от
гистерезиса и вихревых токов, на трение в подшипниках и на трение
о воздух. Потеря мощности ДР равна разности мощностей и Р.
Потерн мощности на нагрев обмоток, пропорциональные квадрату
тока, называют переменными. Остальные потери от нагрузки
двигателя зависят мало и их условно называют постоянными.
Допустимый нагрев электродвигателя определяется наименее
теплостойким материалом конструкции электродвигателя. Таким
материалом является изоляция его обмотки. В отечественных элек-
тродвигателях наибольшее распространение получила изоляция
класса А; это — хлопчатобумажная изоляция, пропитанная изо-
лирующими составами. Такая изоляция допускает наибольшую тем-
пературу нагрева 105°. Учитывая трудности измерения максималь-
ной температуры обмотки, нормы допускают наибольший наблю-
даемый нагрев 95° при измерении посредством термометра и
100° при измерении по методу сопротивления.
При одной и той же нагрузке электродвигателя установившийся
нагрев его будет различным при разных температурах окружающей
среды. За стандартную температуру окружающей среды нормы
принимают 35°. К этой температуре отнесены значения номиналь-
ной мощности электродвигателей. Превышение температуры
электродвигателя над температурой окружающей среды называется
перегревом:
В соответствии с изложенным перегрев при номинальной мощ-
ности составляет тн = 60°.
Тепло, выделяемое в различных частях электродвигателя, на на-
грев изоляции влияет не в одинаковой степени. Потери на трение,
например, существенно на нагрев изоляции электродвигатvя не
влияют. Кроме того, при работе между отдельными частями электро-
двигателя возникает теплообмен, характер которого изменяется
в зависимости от условий нагрузки электродвигателя.
Учет различия в нагреве отдельных частей электродвигателя
и теплообмена между ними затрудняет аналитическое исследование
процесса. Поэтому для упрощения условно принимают, что электро-
двигатель представляет собой: 1) тело, однородное в тепловом отно-
шении, и 2) тело, бесконечно теплопроводное. Кроме того, обычно
chipmaker.ru
94
Определение мощности электродвигателей
считают, что тепло, отдаваемое электродвигателем в окружающую
среду, пропорционально перегреву.
Рассмотрим процесс нагрева электродвигателя при указанных
допущениях.
Во время работы в электродвигателе за время dt выделяется
тепло dq. Часть этого тепла dq. поглощается массой электродвига-
теля, обладающей теплоемкостью, вследствие чего температура t°
и перегрев его т повышаются. Остальное тепло dq2 отдается дви-
гателем в окружающую среду. Таким образом, может быть записано
равенство
dq = dqx J- dq2. (97)
По мере повышения температуры электродвигателя возрастает
тепло dq2, отдаваемое им в окружающую среду. При некотором
значении перегрева в окружающую среду будет отдаваться столько же
тепла, сколько выделяется в электродвигателе; тогда dq = dq2
и dq, = 0. Температура электродвигателя при этом перестает повы-
шаться, и перегрев достигает своего установившегося значения ту.
При указанных выше допущениях уравнение (97) может быть
переписано в виде
Qdt = Cd- 4- A~dt, (98)
где Q — тепловая мощность в кал!сек, обусловленная потерями
в электродвигателе;
А — теплоотдача двигателя, т. е. количество тепла, выделяемое
двигателем в окружающую среду в единицу времени при
разности температур двигателя и окружающей среды в один
градус, в кал/сек-град;
С — теплоемкость двигателя, т е. количество поглощенного
тепла, необходимое для повышения температуры двига-
теля на один градус, в кал/град.
Разделяя переменные в уравнении (98), получим
OS)
Интегрируем левую часть равенства (99) в пределах от нуля до
некоторого текущего значения времени t и правую часть в пределах
от некоторого начального перегрева электродвигателя т0 до текущего
значения перегрева т:
/«-/«FTS- (100)
и
Решая уравнение (100) относительно т, получаем уравнение
нагрева электродвигателя:
(_ 1 \ f
(i01)
Нагревание электродвигателя при нагрузке
95
С
Обозначим -д = Т и определим размерность этого соотношения:
I I _ 1£! = кал/град _
I A j | А | кал,град-сек
Величину Т, имеющую размерность времени, называют постоян-
ной времени нагрева электродвигателя.
В соответствии с этим обозначением, уравнение нагрева может
быть переписано в виде
х==4(1 '(Ю2)
Как видно из уравнения (102), при t = со, т = ту = ; это
значение перегрева называется установившимся.
Фиг. 53. Кривые нагрева электродви- Фиг. 54. Определение постоянной
гателя. нагрева.
При изменении нагрузки электродвигателя изменяется величина
потерь, а следовательно, и значение Q. Это влечет за собой изменение
и величины т
На фиг. 53 приведены кривые нагрева, соответствующие урав-
нению (102), при различных значениях нагрузок и, следовательно,
при различных значениях Q.
При значениях ту, превышающих величину допустимого пере-
грева ти, сколько-нибудь продолжительная работа электродвига-
теля недопустима.
Как следует из уравнения (102) и приведенных выше графиков,
нарастание перегрева носит асимптотический характер. При под-
становке в уравнение (102) значения t = 4Т или -у- = 4 получим
значение т, лишь на —2% меньшее ту. Таким образом, за время t =
— 4Т процесс нагрева практически можно считать законченным.
При t = Т и т0 — 0 из уравнения (102) получим
т = 0,632ту. (103)
96
Определение мощности электродвигателей
Эго соотношение дает во: 'ожность установить значение Т в том
случае, когда построена лишь часть кривой нагрева (например,
часть ab на фиг. 54), а значение ту известно.
Величину постоянной времени нагрева можно найти также
и иным путем.
К некоторой точке с кривой нагрева, построенной согласно
уравнению (102), нужно провести касательную (фиг. 54); затем через
ту же точку провести вертикаль. Отрезок de асимптоты, заключен-
ный между касательной и вертикалью, в масштабе оси абсцисс
равен Т. Относительно несложное
доказательство справедливости этого
построения опускаем.
Фиг. 56 Практическая кривая
нагрева.
Фиг 55. Кривая охлаждения элек-
тродвигателя.
Если в уравнении (102) принять Q = 0, то получим уравнение
охлаждения электродвигателя:
_ L
т—тое т . (104)
Этому уравнению соответствует кривая охлаждения, изображен-
ная нафиг 55. Она является зеркальным отражением кривой нагрева.
Величина постоянной времени нагрева определяется размерами
электродвигателя и формой защиты его от воздействий окружаю-
щей среды. Маломощные открытые и защищенные электродвигатели
имеют постоянную времени нагрева порядка 20—30 мин. У закрытых
электродвигателей большой мощности постоянная нагрева доходит
до 2—3 час.
Как было указано выше, изложенная теория нагрева электриче-
ских двигателей является приближенной и основана на грубых
допущениях. Поэтому кривая нагрева, снятая экспериментально,
отличается от кривой нагрева, построенной согласно уравнению (102).
На фиг. 56 представлены практическая кривая нагрева и теоре-
тическая кривая нагрева, начерченные соответственно- сплошной
и пунктирной линиями.
Определение мощности при постоян. продол нагрузке 97
Если для различных точек опытнор кривой нагрева выполнить
построение, показанное на фиг. 54, то окажется, что значения Т
возрастают по мере увеличения времени нагрева. Это обстоятельство
заставляет все расчеты, производимые по уравнению (102), рас-
сматривать как приближенные.
Что касается опытной кривой охлаждения электродвигателя,
то она еще более отличается от теоретической, чем кривая нагрева.
Для повышения допустимой температуры нагрева электрических
машин большое значение приобретают новые виды изоляции, создан-
ной из стеклянных тканей или чешуек слюды, пропитанных или
склеенных синтетическими кремнеорганическими лаками. Такие
изоляции отличаются высокой теплостойкостью, высокой влагостой-
костью и долговечностью. Они допускают длительную работу при
нагревах, доходящих до 180°. Однако работа двигателей при таких
температурах связана с некоторыми затруднениями. К числу их
относится возможность ожогов при касании электродвигателей ру-
кой, невозможность использования применяемых в настоящее время
смазок подшипников и т. д.
§ 20. ОПРЕДЕЛЕНИЕ МОЩНОСТИ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ ПРИ ПОСТОЯННОЙ
ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОЙ НАГРУЗКЕ
t
Фиг. 57. График продолжительного
режима работы.
Продолжительный режим работы характеризуется дли-
тельным включением электродвигателя с постоянной или перемен-
ной по величине нагрузкой. При продолжительной работе с постоян-
ной нагрузкой в течение времени работы станка перегрев электро-
двигателя достигает установившегося значения. Этот режим встре-
чается у приводов крупных то-
карных, карусельных, зубофрезер-
ных и некоторых других станков.
Определение мощности элек-
тродвигателя, работающего в про-
должительном режиме с постоян-
ной нагрузкой, просто. В этом
случае (фиг. 57) номинальная
мощность электродвигателя долж-
на равняться мощности, требуе-
мой для работы станка. Так как электродвигателя с номинальной
мощностью, точно совпадающей с требуемой, в каталоге обычно
не оказывается, то подбирают электродвигатель ближайшей боль-
шей мощности.
Потери при пуске электродвигателя превышают потери при номи-
нальной нагрузке, но при работе электродвигателя в рассматривае-
мом режиме пусковые процессы повторяются настолько редко, что
эти потери можно не учитывать.
7 X арвзом«впв 2890
chipmaker.ru
98
Определение мощности электродвигателей
Если для данного технологического процесса известны усилие
резания F в кг и скорость резания v вм/мин, то мощность резания Рр
может быть определена по формуле
Рр = Ю2-60 квт'
Для определения соответствующей мощности Р на валу привод-
ного электродвигателя необходимо учесть потери в механических
передачах станка, а для этого нужно знать к. п. д. станка 7]f, тогда
Р = —. (106)
1с
При определении мощности привода станков общего назначения
(универсальных) их рассматривают как станки с продолжительным
режимом работы, поскольку на универсальных станках может встре-
титься потребность в осуществлении и такого режима. В этом слу-
чае мощность на валу электродвигателя может быть определена
по формуле
P.=V’ (107)
ЧСН
где Ррн — наибольшая возможная мощность резания;
т1сн — значение к. п. д. станка при полной его нагрузке (вели-
чина, обычно близкая 0,8).
Коэффициент полезного действия т]от станка при полной его
нагрузке может быть определен как произведение к. п. д. vj,, т;2,
7]3 . . . отдельных передач, образующих кинематическую цепь станка
при работе на данной скорости:
Ъя = ЪгЪ'Ъ • - - (108)
Из изложенного следует, что к. п. д. станка изменяется при пере-
ключении скоростей и на каждой скорости имеет свое значение,
зависящее ст числа передач.
При значительном увеличении скорости вращения потери в станке
возрастают. Это объясняется тем, что некоторые виды потерь растут
быстрее скорости (например, потери от перемешивания масла). В свя-
зи с увеличением потерь к. п. д. многих кинематических цепей при
повышении скорости вращения уменьшается до недопустимо низких
значений (0,1—0,2). С указанным явлением приходится считаться
при переводе станков на скоростное резание. Однако при переводе
на скоростное резание обычно увеличивается также и мощность
резания, вследствие чего понижения к. п. д. может и не произойти.
Мощности, затрачиваемые на приведение в действие цепей подачи,
обычно малы. При наличии общего привода для цепи главного дви-
жения и цепи подачи достаточно мощность двигателя увеличит ь
Определение мощности при кратковременной нагрузке 99
на 5% по сравнению с мощностью, требуемой для цепи главного
движения.
При отдельном приводе подачи его мощность нужно определить
подобно тому, как это делалось для цепи главного движения. На-
грузка на конце цепи при этом слагается из мощности подачи и мощ-
ности Ртр, идущей на преодоление трения в направляющих и других
звеньях передачи.
К- п. д. цепи подачи можно определить, зная элементы, из кото-
рых эта цепь состоит. Обычно величина этого к. п. д. колеблется
в пределах 0,1—0,2.
Все сказанное выше относится к продолжительному режиму
работы привода станка с неизменной нагрузкой. Так как станки,
двигатель которых выбран исходя из условий его наибольшей на-
грузки, обычно работают с недогрузкой, то при такой работе имеет
место значительное ухудшение энергетических показателей работы
привода.
Однако уменьшение номинальной мощности электродвигателя
по сравнению с величиной, определяемой наибольшей возможной
нагрузкой, приводит к ограничению возможностей использования
станка. Тем самым некоторая экономия на стоимости электродви-
гателя и некоторое улучшение энергетических показателей влекут
за собой ограничение возможности использования значительно боль-
ших средств, затраченных на изготовление станка. Указанный выбор
мощности привода по условиям наибольшей нагрузки дает также
станкозаводам возможность выпускать станки с уже установлен-
ными на них электродвигателями.
О выборе мощности двигателя при продолжительном режиме
с переменной по величине нагрузкой сказано в § 22.
§ 21. ОПРЕДЕЛЕНИЕ МОЩНОСТИ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ
ПРИ КРАТКОВРЕМЕННОЙ НАГРУЗКЕ
Кратковременный режим работы характеризуется на-
грузкой в течение малого промежутка времени, недостаточного для
достижения установившегося перегрева, причем периоды нагрузки
чередуются с одинаковыми или неодинаковыми периодами отклю-
чения электродвигателя, достаточными для полного охлаждения
электродвигателя к началу каждого рабочего периода. Этот режим
характеризуется графиком нагрузки, представленным на фиг. 58
Режим кратковременной нагрузки встречается у вспомогатель-
ных приводов металлорежущих станков, т. е. приводов ускоренного
перемещения суппортов, поперечин, бабок, приводов зажима и пр.
Продолжительность работы приводов такого рода обычно весьма
мала, она не превышает 5—15 сек. и лишь у весьма крупных станков
доходит до 1—1,5 мин. За это время <0,1Т) при перегрузке в допу-
стимых пределах электродвигатель не успевает нагреться даже
7*
chipmaker.ru
100
Определение мощности электродвигателей
до нормального перегрева тн. Номинальная мощность электродви-
гателя в данном случае определяется условиями перегрузки.
Момент сопротивления Мс при работе вспомогательных приводов
создается в основном силами трения, в связи с чем эти приводы в отли-
чие от приводов главного движения требуют значительного пуско-
вого момента.
Мощность, расходуемая на преодоление сил трения при пере-
мещении того или иного поступательно движущегося элемента
станка, может быть определена по формуле
= = (109)
где G — вес в кг\
— коэффициент трения (обычно 0,1—0,2);
v — скорость перемещения в м/мин.
Фиг. 58. График кратковременного режима работы.
Разделив эту мощность на к. в. д. передачи (обычно 0,1—0,2),
можно найти мощность на валу электродвигателя
р = йо?*ет- <|10)
Этой мощности соответствует момент на валу электродвигателя
М = 975 — = ^6 но (1 j
п bl20yi ' 7
При установившемся движении момент электродвигателя М равен
моменту сопротивления Мс.
При трогании с места момент сопротивления, приведенный
к валу двигателя, во столько раз должен превосходить момент
сопротивления во время движения, во сколько раз коэффициент
трения покоя р.о больше коэффициента трения движения д:
Мео —
975G.uf
6120т,п
£2- кгм.
V-
(112)
Как было указано выше, в рассматриваемом режиме работы
электропривода нагревание электродвигателя не имеет существен-
ного значения. Поэтому в целях уменьшения габаритных размеров
Определение мощности при кратковременной нагрузке
101
двигателя целесообразно использовать допустимую его пере-
грузку.
Номинальная мощность электродвигателя в связи с этим опре-
деляется по формуле
= <113)
Если приближенно считать механическую характеристику дви-
гателя в ее рабочей части прямолинейной, то скорость вращения
электродвигателя при работе его с перегрузкой может быть опре-
делена по формуле
п^гп0(1—Х$и). (114)
В связи с этим момент сопротивления при трогании с места может
быть выражен формулой
лл_________975бцп£__
lco ~ 6120v'o(l — Ю
или после преобразований
М со =0,16--^^.
(116)
Выбор мощности электродвигателя сводится теперь к следующему.
Вначале, пользуясь формулой (113), подбираем по каталогу элек-
тродвигатель, для которого затем определяем пусковой момент Мп.
Вычисляем Мео по формуле (116) и сопоставляем с моментом Мп.
Если Мп > Мео, то электродвигатель, выбранный по формуле (113),
пригоден. Для надежности в расчете часто допускают запас.
Пример. Определить мощность электродвигателя, предназначенного для пере
мещения суппорта крупного токарного станка со скоростью и м/мин. Вес суппорта
G кг, коэффициент трения в направляющих ц и к. п. д. передачи ц.
Скорость вращения электродвигателя должна составлять п об'мин.
Решение. Определим мощность, развиваемую электродвигателем при пере-
мещении суппорта, принимая перегрузку л:
п Gv-v
Р ~ 6120Ц квт'
Подбираем по каталогу электродвигатель ближайшей большей мощности Рн.
Для этого электродвигателя в каталоге также указаны значения п0, пн об/мин
Мп
И Мн’
Определяем пусковой момент выбранного электродвигателя:
Мп= 975
" \MHJ пн
По данным каталога определяем номинальное скольжение
~~ По
r.ru
102
Определение мощности электродвигателей
Принимая в качестве коэффициента трения покоя fi0, найдем момент сопротивле-
ния при трогании с места:
Мео
= 0,16-----
V’o (1 —
Принимая G — 540 кг, и = 15 м!мин; п 1400 об/мин; tq— 0,1; р. = 0,1; X ==
= 1,6, получим Рн— 1,7 кет; пн= 1420 об/мин, Мп = 2.5 кем; при р.0=0,2 по-
лучим Л1со= 1,88 кгм.
§ 22. ОПРЕДЕЛЕНИЕ МОЩНОСТИ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ ПРИ ПЕРЕМЕННОЙ
ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОЙ НАГРУЗКЕ
Пусть работа металлорежущего станка характеризуется нагру-
зочным графиком, представленным на фиг. 59. Каждому переходу
обработки детали на металлорежущем станке соответствует опре-
деленная мощность на валу электродвигателя. Периоды резания
отделены промежутками
холостого хода станка, в течение которых
отвод инструмента и смена заготовки на
производится подвод и
Фиг. 59. График продолжительной работы
с переменной нагрузкой
станке. Общее время обра-
ботки одной детали, включая
и все вспомогательные опе-
рации, называется временем
цикла tu.
Работа, подобная описан-
ной, имеет место у станков,
обрабатывающих однотипные
детали и имеющих фрикци-
онную муфту в цепи глав-
ного движения; этот режим
встречается также у многих
станков, работающих в авто-
матических линиях. Элек-
тродвигатель на этих станках вращается непрерывно.
Двигатели, применяемые для привода станков, нормированы
по продолжительному режиму работы. Поэтому для определения
необходимой мощности электродвигателя надо найти такой продол-
жительный режим постоянной по величине нагрузки, который по
нагреву электродвигателя был бы эквивалентен данному режиму
прерывистой нагрузки. Эго значит, что в течение времени цикла при
работе с эквивалентной нагрузкой, постоянной по величине, в элек-
тродвигателе выделится столько же тепла, сколько выделяется за
один цикл работы по графику нагрузки, представленному на фиг. 59.
Таким образом, может быть записано равенство
(117)
где Q3Ka — количество тепла, выделяемого в секунду, в элек-
тродвигателе при работе с эквивалентной на-
грузкой Р}кв\
Определение мощности при перемен, продол, нагрузке
ЮЗ
Qi. С?2> <2з — количества тепла, выделяемые в секунду, при
работе электродвигателя с нагрузками Plt Р2,
Р3...
Как было указано выше, потери ДР в электродвигателе пропор-
циональны теплу, выделяемому в секунду. По закону Ленца-Джоуля
равенство (117) можно представить в виде
0,24ДРэлв/и = 0.24ДР А + 0.24ДР А ф- • • •,
откуда получаем формулу средних потерь
ДР 1^14~ДР2^4- •••
(118)
Зная величину ЬР3кв, можно определить необходимую мощ-
ность Рн электродвигателя; для этого нужно в каталоге отыскать
электродвигатель, у которого потери при номинальной нагрузке
равны или несколько больше &РЭкв-
Потери энергии ДЛ, = ДРсоответствующие различным зна-
чениям мощности на валу электродвигателя при его работе по дан-
ному нагрузочному графику, могут быть определены, если известна
зависимость т; = f(P) к. п. д. электродвигателя от мощности на его
валу. Потери в электродвигателе при всякой мощности Pi на его валу
могут быть определены по формуле
где т), — к. п. д., соответствующий мощности Рг
В числе технических данных асинхронных двигателей иногда
12 3 4 5
значения к. п. д. при нагрузках в — и у
приводятся
номинальной мощности двигателя.
Там же обычно даются и значения cos <р при тех же значениях
мощности.
Пример. Определить постоянные потери асинхронного двигателя мощностью
рн = 4,5 кет, для которого известны значения к. п. д.: т,н — 0,860 при номи-
нальной нагрузке и тю5= 0,815 при половинной нагрузке и значения коэффи-
циентов мощности cos <рн = 0,86 и cos <р05 = 0,77 соответственно при номи-
нальной и половинной нагрузке электродвигателя.
Решение. 1. Определяем потери прн номинальной нагрузке
ДРН — — Рн кет.
Чн
2. Определяем потери при половинной нагрузке электродвигателя
^0.5= 2^-4 Кв'П-
z1Jo,S Z
104
Определение мощности электродвигателей
3. Составляем три уравнения:
^Рпос + ^Рпер. н “ &Рн.
^Рпос + &Рперо,5 = ^0,5’
-Рпер-н = / /н у , 2т)0|5 cos у0|5 у
&рперо,5 ' ^0,5 ' ' Ih cos ¥н /
Решая три последних уравнения совместно, определяем
ДРлер. н =~ 0,43 кет] ДРпост := 0,27 кет.
Подобным же образом могут быть определены переменные потери
при любой другой нагрузке электродвигателя, если для этой нагрузки
заданы к. п. д. и cos <р.
Если зависимость т; = ДР) отсутствует, то значение потерь мощ-
ности при каждом значении мощности на валу электродвигателя
может быть определено, исходя из допущения, что при номинальной
нагрузке на валу электродвигателя к. п. д. асинхронного электро-
двигателя достигает своего максимального значения. В действитель-
ности у асинхронных двигателей к. п. д. достигает максимума при
нагрузках, меньших номинальной (около 0,75 Рн). Так как при наи-
большем значении к. п. д. постоянные и переменные потери электро-
двигателя равны, то при указанном выше допущении постоянные
потери легко определить по формуле
др = — f — — р')
л°е 2 к
После этого общие потери можно определить по формуле
др, = дрло₽ + дрмр.и (А)’.
При этом приближенно принимается, что переменные потери про-
порциональны квадрату мощности на валу электродвигателя, а не
тока.
Последнее соотношение может быть преобразовано в виде
АР'“ т +(&)*]• (,|9>
Разделяя в формуле (118) потери на постоянные и переменные
и учитывая, что последние пропорциональны квадрату тока, полу-
чим
AD . , (^Рпос + bl?) + fc/?) <»+•••
i^Pnoc + bI;Ka ---------------------------------,
где b — величина, постоянная для данного двигателя.
Определение мощности при перемен продол, нагрузке
105
Раскрывая скобки и произведя преобразования, получим
лр / □_ др t 4~... -4- bit t, -4- • • •
пос + ЬРзкв = -Р^'.±^Ь±---+ _L_!--2_1-----=
1 экв 1ц 1ц
— ПОС 4~
/fr, + /h +
‘ц
Пренебрегая изменением под нагрузкой так называемых постоян-
ных потерь, вычитая из обеих частей равенства величину Ь.РПос
и решая уравнение относительно тока 1эке, получим формулу
эквивалентного тока
У двигателя постоянного тока
с параллельным возбуждением
крутящий момент и сила тока
якоря связаны формулой (62):
М = см1яФ.
Фиг. 60. Графики изменения момента
н тока асинхронного двигателя.
Так как магнитный поток Ф
является у этого двигателя вели-
чиной постоянной и от нагрузки
электродвигателя не зависит, момент можно считать пропорцио-
нальным току якоря. В этом случае для выбора мощности привода
можно пользоваться формулой эквивалентного момента:
Л4у/1-|-Л1 а +
ч
(121)
У наиболее распространенных в станкостроении асинхронных
двигателей крутящий момент и потребляемый из сети ток не про-
порциональны друг другу (фиг. 60). Однако в пределах устойчивой
части механической характеристики (участок а — Ь) крутящий
момент можно считать примерно пропорциональным силе тока, и
тогда можно пользоваться формулой эквивалентного момента.
Если скорость вращения двигателя во время его работы изме-
няется незначительно, что характерно для электродвигателей с жест-
кими характеристиками, то мощность приблизительно пропорцио-
нальна крутящему моменту, и тогда можно пользоваться формулой
эквивалентной мощности:
(122)
Эта формула весьма удобна, так как обычно мощности, соот-
ветствующие отдельным переходам обработки на станке, можно
chipmaker.ru
106
Определение мощности электродвигателей
достаточно просто определить, и никаких дополнительных вычисле-
ний в данном случае не требуется.
Нагрузочные графики часто содержат участки, на которых мощ-
ность, ток или момент изменяются по закону прямой линии (фиг. 61).
В этом случае эквивалентное значение может быть определено
из выражения
(123)
После интегрирования и преобразований получим
Фиг. 62. Распределение потерь в станке.
Фиг. 61. Случай линейного
изменения нагрузки.
При работе привода с переменной нагрузкой каждому значению
мощности резания Рр соответствует определенная мощность Р
на валу электродвигателя, которая может быть определена по фор-
муле (106). К. п. д. станка является величиной переменной, завися-
щей от степени загрузки станка. Поэтому для определения соответ-
ствующих мощностей на валу электродвигателя необходимо иметь
график зависимости = f(PP).
При вращении станка вхолостую мощность двигателя равна
мощности Рхх холостого хода станка (фиг. 62). По мере увеличения
мощности резания потери ЬРС в станке возрастают по некоторому
криволинейному закону (см. пунктирную кривую). Приближенно,
однако, считают, что потери возрастают по закону прямой.
Как видно из фиг. 62, общие потери в станке при указанном допу-
щении могут быть выражены уравнением
^Рс = Рхх + ^Р'< О25)
где ДР' — нагрузочные потери в станке, пропорциональные мощ-
ности резания.
Потери при полной нагрузке станка могут быть определены
по формуле
ЬРсн^^-Ррк- О26)
Определение мощности при перемен, продол, нагрузке
107
Мощность холостого хода той или иной кинематической цепи
станка зависит не только от ее конструкции, но и от качества сборки.
Однотипные станки при различном качестве сборки имеют различные
мощности холостого хода. Измерение мощности холостого хода вновь
изготовленного станка обычно производится после восьмичасовой
обкатки его.
Мощность холостого хода зависит от скорости вращения и при
увеличении скорости возрастает.
Наконец, мощность холостого хода зависит от качества изго-
товления деталей кинематической цепи, от количества, качества
и температуры смазки и т. д.
В расчетах иногда принимают Рхх = 0,2ч-0,ЗРгн; однако откло-
нения от этого соотношения могут быть весьма значительными.
По величине мощность холостого хода обычно превышает поло-
вину всех потерь при полной нагрузке станка. Иногда принимают
РХХ^О,6ДР1Я. (127)
К. п. д. станка при любой его нагрузке может быть выражен
формулой
• (128>
Обычно значения мощности холостого хода для вновь проекти-
руемых станков неизвестны, а имеющиеся сведения о мощностях
холостого хода существующих станков относительно скудны и не
дают ответа на вопрос о значении этой мощности для нового станка.
Тогда для определения мощности электродвигателя приближенно
можно считать, что потери в станке при всех его нагрузках одина-
ковы и равны потерям при наибольшей его нагрузке.
При этом имеется в виду, что для большинства станков нагрузоч-
ные потери при полной нагрузке значительно меньше мощности
хрлостого хода. При этом допущении при любой мощности резания Рр
к. п. д. станка может быть выражен следующей формулой:
Ъ = Р =--------------Р^------- <1
ГР ‘ ЛГСН Р I Грн р
Г ''7----tpH
Чен
или после преобразований
(130)
Формула дает несколько преуменьшенные значения к. п. д. при
частичных нагрузках станка, что приводит к некоторому увеличе-
нию номинальной мощности выбранного двигателя.
Существуют также и другие методы определения значения к. п. д
станка при частичных загрузках. Однако эти методы требуют либо
108
Определение мощности электродвигателей
сведений, при проектировании нового станка неизвестных, либо
далеко идущих допущений, которые могут привести к выбору элек-
тродвигателя заниженной мощности.
Пример. Порядок построения нагрузочного графика электродвигателя по дан
ным технологического процесса.
Пусть известны мощности резания Рр1, Рр2. . . при различных переходах обра-
ботки некоторой детали.
Допустим также, что известны продолжительности lt, tt. . . отдельных перехо-
дов. Кинематические схемы, отвечающие обработке на отдельных переходах, заданы.
Требуется построить нагрузочный график электродвигателя станка, производя-
щего обработку этих изделий.
Решение. 1. Зная передачи цепи главного движения, участвующие в кине-
матической цепи, соответствующие каждой операции, найдем к. п. д. станка при
работе с полной нагрузкой при данной кинематической схеме:
lei = 1г1з!
1с2 = 12-14 И Т. Д.,
где Тц, т2 . . . — к. п. д. отдельных передач, образующих кинематическую цепь
2. Построим зависимости к. п. д. станка от мощности резания, отнесенной
к мощности резания при номинальной нагрузке, для каждой из кинематических схем,
используемых при обработке данной детали.
Для этого используем формулу (130):
1
1с =
1си
Гр
3. Определяем мощности на валу электродвигателя при различных операциях
обработки детали:
1«
где Рр1 — мощность резания, а т]с/ — к. п. д. станка, соответствующий данной опе-
рации обработки.
4. Зная значения Plt Ps . . . и tv t2 ... , строим нагрузочный график элек-
тродвигателя.
§ 23. ОПРЕДЕЛЕНИЕ МОЩНОСТИ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ
ПРИ ПОВТОРНО-КРАТКОВРЕМЕННОЙ нагрузке
Повторно-кратковременный режим работы ха-
рактеризуется короткими периодами нагрузки, в течение которых
электродвигатель не успевает нагреваться до установившегося пере-
грева. Периоды нагрузки разделены кратковременными, паузами,
в течение которых двигатель отключен от сети и не успевает охла-
диться до температуры окружающей среды. Режим повторно-кратко-
временной нагрузки характеризуется графиками, подобными пред-
ставленному на фиг. 63. Как видно из этого графика, перегрев элек-
тродвигателя изменяется по пилообразной ломаной линии, состоя-
щей из чередующихся отрезков кривых нагрева и охлаждения.
Режим повторно-кратковременной нагрузки характерен для при-
водов подавляющего большинства металлорежущих станков. Так,
Определение мощности при повторно-краткое рем. нагрузке
109
при обследовании одного из отечественных заводов автомобильной
промышленности, произведенном до войны, оказалось, что с циклом,
продолжительность которого не превышает 2 мин., работает около
80% всех токарных станков завода, около 98% сверлильных станков,
около 85% фрезерных, около 90% шлифовальных и свыше 96% авто-
матов.
Мощность электродвигателя, работающего в повтор но-кратко-
временном режиме, наиболее удобно определять по формуле (118)
средних потерь, которую можно
записать в виде
(131)
Х-Г
где ДЛ — потеря энергии при
каждом значении на-
грузки (а также при
пусковых и тормозных
процессах).
Фиг 63. График повторно-кратковре-
менной нагрузки.
Когда электродвигатель находится в неподвижном состоянии,
условия его охлаждения значительно ухудшаются. Учитывают это
явление посредством экспериментальных коэффициентов ро ухуд-
шения охлаждения На коэффициент р0, величина которого меньше
единицы, умножают время паузы, вследствие чего знаменатель фор-
мулы (131) уменьшается, эквивалентные потери &.РэКв увеличи-
ваются, что влечет за собой выбор электродвигателя большей номи-
нальной мощности.
Коэффициент ₽0 имеет следующие значения:
для защищенных электродвигателей с собственным вентилятором . . 0.25—035
. закрытых с наружным обдувом....................................0.45—0.55
. закрытых электродвигателей.....................................0.95—0.98
В течение периодов пуска и торможения средняя скорость вра-
щения электродвигателя ниже номинальной. Поэтому в течение
этих периодов также имеет место ухудшение условий охлаждения
электродвигателя, характеризуемое коэффициентом р,:
R____1 + ₽"
Значения потерь энергии ДЛ, относящиеся к процессам пуска
и торможения, определяются по формулам (39), (61), (76).
Допустим, что потери энергии при пуске и торможении электро-
двигателя определены, а также найдены потери мощности для всех
участков нагрузочного графика. Тогда эквивалентные потери могут
быть определены по формуле
др __ ЛЛл + -1--L - • - ДЛу
Я‘® + 6 + *» + • • * Г + ₽о% ’
(132)
chipmaker.ru
ПО
Определение мощности электродвигателей
где ДЛП и — соответственно потери энергии при пуске и при
торможении в квт-сек\
&Pi, ЬРг — потери мошносги при различных нагрузках
в кет.
Как было указано выше, каждый электродвигатель должен
быть выбран по условиям нагрева и по условиям перегрузки.
В случае применения формулы средних потерь необходимо пред-
варительно задаться определенным электродвигателем, который
в данном случае целесообразно выбрать по условиям перегрузки.
Таким образом, расчет на нагрев будет производиться для наи-
меньшего электродвигателя, способного работать по данному нагру-
зочному графику.
Наряду с формулой средних потерь для выбора по условиям на-
грева электродвигателей, работающих в повторно-кратковременном
режиме, применяют также формулы эквивалентного момента и
эквивалентного тока. Формулу эквивалентной мощности применяют
лишь в тех случаях, когда процессы пуска и торможения редки и су-
щественно на нагрев эчектродвигателя не влияют.
В отечественном станкостроении для работы в режиме повторно-
кратковремепной нагрузки применяют электродвигатели, предна
значенные для работы с продолжительной нагрузкой.
Электропромышленностью выпускаются также и двигатели, пред-
назначенные для работы с повторно-кратковременной нагрузкой,
получившие широкое распространение в подъемно-транспортных
сооружениях.
Такие электродвигатели выбирают по так называемой относи-
тельной продолжительности включения
е=-А
(133)
где tp — время работы двигателя;
t0 — продолжительность паузы.
Пример. Определить мощность электродвигателя, работающего по приведен-
ному на фиг. 64, а нагрузочному графику. Мощность на валу электродвигателя при
холостом ходе станка составляет Рхх = 1 кет. Приведенный маховой момент станка
GD2 = 0,02 кглг.
Решение. 1 Предварительно выбираем электродвигатель по перегрузке,
принимая Х= 1,6:
Р 4 2
Рн = -12122. = 44 = 2,62 кет.
А 1,0
По каталогу подбираем электродвигатель защищенного исполнения ближайшей
большой мощности 2,8 кет, имеющий пн = 1420 об/мин: = 1,9, =2,0;
GD^ = 0,06 кгл2.
Зависимость Ti = f для этого двигателя приведена на фиг. 64, б.
Определение мощности при поеторно-кратковрем нагрузке
111
2. По формуле АР = — — Pt определяем потери при мощностях графика 1; 3;
rii
4,2 кет Потери соответственно составляют 0,35; 0,65 и 1 кет. Находим потери при
Рн = 2,8 кет, которые составляют ДРН = 0,57 кет.
3 Определяем время п}ска и время торможения противовключением по форму-
лам:
_ (GD2+GD2)nK
" 375(Л4ягр-Л1с) ’
Фиг. 64. Графики к примеру.
где
Мп + Мк 7 Л4„ Л4К \
2 к М„ \ Мн ) 2 ’
Мн = 975 ; МТ «а М„; Мс = 975 .
пн р пн
Получаем tn = 0,31 сек.; /г = 0,23 ек.
4. Определяем потери при пуске и торможении:
( GDI + GO") и2 м „ ,
д Л 1 .__________С Н 1 IvlCnH*n .
п“ 365 000 + 1000 ’
ЛД -зГ (^+GD2)n2 Me„HtT 1
Г~ [ 365 000 1000 J
Получаем ДД„ = 1,58 квт-сек и ЛДг=3,90 квт-сек.
5. Определяем эквивалентные потери цикла
АР = ~4~ 2^2 + — -4- -Му
ЭКв т + 11 + • • • + Т + fWo
где р0 = 0,25 (см. стр. 109); = - +2' ° .
Получаем АРэкв = 0,5 лет.
Так как АРН = 0,57, то АРэкй<;дРн, и предварительно выбранный двша
тель является подходящим.
chipmaker.ru
112
Определение мощности электродвигателей
§ 24. энергетика электропривода станков
Как было указано, обычно электродвигатели привода главного
движения выбирают по условиям наибольшей возможной нагрузки
станков. Такая нагрузка у подавляющего большинства станков
встречается весьма редко, вследствие чего обычно электродвигатели
главного движения работают с недогрузкой.
Кроме того, параметры нагрузочных графиков универсальных
станков, работающих в условиях индивидуального или мелкосерий-
ного производства, достаточно неопределенны, причиной чего яв-
ляется разнообразие работ, выполняемых на этих станках. При работе
металлорежущих станков всегда имеются производственные паузы,
в течение которых производятся промеры, подвод и отвод инструмен-
тов, смена инструмента и заготовок. Во время этих пауз электродви-
гатель отключается от сети или продолжает вращаться вхолостую.
Наличие пауз облегчает условия работы электродвигателя, вслед-
ствие чего номинальную мощность можно выбрать меньшей, чем это
требуется для данной производственной операции. Оценку указан-
ных условий работы электродвигателей производят посредством
эксплуатационных коэффициентов включения и загрузки.
Коэффициент включения станка представляет собой
отношение суммарного машинного времени за смену ко вре-
мени Т смены
t __ V г _ _
т ’ 1/p + ic ’
(134)
ГДР — суммарное вспомогательное время.
Остановка большинства современных металлорежущих станков
осуществляется путем отключения электродвигателя от сети. В этих
условиях коэффициенты включения станка и электродвигателя сов-
падают. У станков с фрикционной муфтой в цепи главного движения
электродвигатель обычно непрерывно вращается и выключается лишь
при более или менее длительных перерывах в работе.
Если считать, что при различных условиях работы универсаль-
ного станка может принимать любые значения в пределах от О
до Т и что все значения в указанных пределах равновероятны, то
Степень загрузки станков характеризуется коэффициен-
том загрузки
7 = 4^. (135)
Г «
где Ргр — средняя мощность на валу электродвигателя;
— номинальная мощность электродвигателя.
Считая, что все нагрузки универсальных станков, работающих
Энергетика электропривода станков
113
в различных условиях, равновероятны, среднюю мощность можно
ог ределить по формуле
р ___ ?н Рхх
СР 2
При часто встречающемся соотношении Рхх = 0,2Р„ будем,
например, иметь у = 0,6.
Произведение коэффициента включения на коэффициент загрузки
является коэффициентом использования работоспособности электро-
двигателя:
? f v Ftp Pep Араб
' 7 ~ т ' Рк - Ан
(136)
где Аррб — механическая энергия, фактически отданная электро-
дгигателем станку;
Ан — энергия, которая была бы отдана в случае непрерывной
работы электродвигателя с номинальной мощностью.
При вышеприведенных средних значениях коэффициентов вклю-
чения и загрузки получим В = 0,3.
Отношение энергии, использованной на обработку деталей, к гой
энергии, которую станок мог бы использовать в случае непрерывной
работы его с номинальной нагрузкой, называют коэффициентом
использования станка:
s ___ Арез ______ PcpVc rpF tp
°C А Р т Т
^рез.н гнчсн*
(137)
Следует заметить, что действительные средние значения коэффи-
циентов включения и загрузки электродвигателей, приводящих
в движение металлорежущие станки, значительно меньше приведен-
ных выше величин. Это указывает на резкое преобладание работы
с малыми нагрузками и значительным вспомогательным временем.
Значения эксплуатационных коэффициентов, гораздо более близ-
кие к действительным, чем приведенные выше, могут быть получены
путем анализа материалов, связанных с эксплуатацией электрической
питательной сети машиностроительных заводов. Электрическая маги-
страль, питающая тот или иной цех, выбирается на нагрузку значи-
тельно меньшую, чем сумма номинальных мощностей электродвига-
телей, работающих в этом цеху. Во избежание излишнего расхода
меди при определении сечения проводов, подающих электроэнергию
в цех, учитывают несдновременность нагрузки потребителей, а также
недогрузку их. Анализ нагрузок питательной сети заводов позволяет
установить, что среднее значение коэффициента включения не пре-
вышает ~0,3, среднее значение коэффициента загрузки--------- 0,37.
Среднее значение коэффициента использования станка не превы-
шает ~12%.
Все изложенное указывает на наличие грандиозных ресурсов
в области использования парка металлорежущих станков и, в част-
8 Харизомеиоп 2890
chipmaker.ru
114
Определение мощности электродвигателей
Фиг. 65. График потребления мощности
двигателем недогруженного станка
ности, на необходимость широкого развития мероприятий по сокра-
щению вспомогательного времени.
На фиг. 65 представлен график потребления мощности двигате-
лем недогруженного станка, производящего обработку однотипных
деталей. Площадь, ограниченная ломаной линией графика и осью
времени, представляет собой энергию А, потребляемую электро-
двигателем за время цикла. Эта энергия имеет три слагаемых:
1) энергию Ахх, затраченную на холостое вращение станка и
на постоянные потери в электродвигателе;
2) энергию Апер, обуслов-
ленную наличием переменных
потерь в станке и в электро-
двигателе, и
3) энергию Ареэ, затрачен-
ную на осуществление самого
процесса резания.
Отношение
(138)
представляет собой к. п. д. си-
стемы за время цикла, харак-
теризующий не только кон-
структивное совершенство стан-
ка и электродвигателя, но и
рациональность выбранного
технологического процесса с
точки зрения расхода энергии и
использования установленной
мощности.
Значения к. п. д. за время цикла у многих станков, работающих
с продолжительными периодами холостого хода и значительной недо-
грузкой, весьма малы (5—26"о). У станков общего назначения, рабо-
тающих в мелкосерийных производствах, вследствие большого разно-
образия деталей, недогрузка бывает особенно значительной.
Недогрузка электродвигателей вызывает омертвление средств,
вложенных в электродвигатели, электрическую силовую сеть и
заводские подстанции.
Вследствие недогрузки электродвигателей понижается их к. п. д.
и cos <р.
Понижение к. п. д. приводит к непроизводительному расходу
энергии.
Понижение cos ср любого потребителя, забирающего определенную
мощность, приводит к увеличению тока. Возросший ток вызы-
вает увеличение потерь на нагрев всей цепи, по которой протекает
ток, и ведет к недоиспользованию трансформаторов и генераторов
по мощности.
Энергетика электропривода станков
115
При наличии на заводе большого числа недогруженных электро-
двигателей возрастает плата за электроэнергию. Эго происходит
потому, что за каждый киловольтампер установленной на заводе
мощности трансформаторов взимается определенная плата, не зави-
сящая от фактического потребления энергии. Кроме того, при пони-
женных значениях cos <р возрастает стоимость единицы израсходо-
ванной энергии.
На фиг. 66 представлен график изменения cos <р электродвигателя
сверлильного станка, записанный с помощью самопишущего фазо-
метра.
Необходимо заметить, что
указанные выше эксплуатаци-
онные коэффициенты включения
и загрузки электродвигателей
характеризуют также использо-
вание станочного оборудования
и качество организации данно-
го производства. Знание коэф-
фициентов, характеризующих
работу станка, дает возмож-
ность выявления неиспользо-
ванных ресурсов станочного
парка и организации рацио-
нальной эксплуатации стан-
ков.
С целью осуществления си-
стематического контроля ис-
пользования станков в настоя-
Фиг. 66. График изменения коэффициента
мощности сверлильного станка.
щее время разработаны специ-
альные анализаторы. Эти приборы основаны на измерении тока
электродвигателя и потребляемой им энергии при изменении его
нагрузки. Они дают возможность определить многочисленные па-
раметры, характеризующие работу станка за определенный период
времени (час, смена, сутки, неделя, месяц, год). К числу таких
параметров относятся: потребляемая активная и реактивная энер-
гия, средняя мощность, наибольшая мощность, время работы, время
простоя станка, время вращения станка вхолостую, число включе-
ний двигателя и станка, число обработанных деталей, расход энер-
гии на одну деталь, коэффициент включения, ' коэффициент загруз-
ки, коэффициент мощности и т. д.
При работе станков расход энергии может быть уменьшен, и
среднее значение cos <р может быть повышено прежде всего путем
надлежащего выбора метода обработки и характера технологиче-
ского процесса. Разные методы обработки на металлорежущих стан-
ках связаны с различным расходом энергии. При строганин, напри-
мер, по сравнению с токарной обработкой расходуется на-единицу
веса снятого металла больше энергии приблизительно в 1,5 раза,
8*
116
Определение мощности электродвигателей
при сверлении — в 2 раза, при фрезеровании — в 3—3,5 раза, а при
шлифовании — в 20—30 раз.
Далее, расход энергии па единицу веса снятого металла зависит
от величины подачи, чем больше подача, тем меньше удельный расход
энергии. Удельный расход энергии уменьшается при совмещении
операций, так как при этом повышается загрузка двигателя.
Все это указывает на наличие принципиальной возможности
такого видоизменения процесса обработки детали, при котором
энергетические параметры были бы оптимальными. В отдельных
случаях такого рода видоизменения процесса обработки ме-
таллов резанием приводят к значительному экономическому
эффекту.
Однако возможности указанной рационализации технологиче-
ских процессов являются ограниченными Это объясняется тем, что
при обработке детали на станке должна быть обеспечена определен-
ная точность и чистота обработки и высокая производительность
труда, что определяет вид обработки и режимы резания и застав-
ляет с одной и той же установки заготовки производить черновые
и чистовые операции. Эти же требования вместе с формой детали
определяют возможности совмещения операций.
Значительное увеличение загрузки электродвигателей получается
при переводе станков на скоростное резание. Во многих случаях
это мероприятие влечет за собой необходимость замены электродви-
гателя на более мощный.
Весьма эффективным средством увеличения к. п. д. и повышения
cos ср является автоматизация процессов подвода и отвода инстру-
мента, зажима детали, измерения ее и т. д. Такая автоматизация
влечет за собой резкое увеличение производительности оборудования
(в особенности у скоростных станков, где продолжительность обра-
ботки мала).
Одним из распространенных видов увеличения коэффициента
загрузки приводов станков является замена недогруженного электро-
двигателя другим электродвигателем меньшей мощности. При этом
ожидается повышение к. п. д. и cos ср двигателя. Однако чем ниже
номинальная мощность электродвигателя, тем меньше номинальное
значение его к. п. д. и cos ср. Поэтому при такой замене двигателя
к. п. д. его может значительно и не измениться. Что касается cos ср,
то его значение при замене двигателя обычно возрастает. Таким обра-
зом, замена электродвигателя с целью повышения степени его за-
грузки по существу является средством повышения cos ср, а не сред-
ством экономии энергии.
Большой эффект дает описанная выше замена электродвигателя
в том случае, когда фактическая нагрузка составляет значительно ме-
нее половины номинальной мощности электродвигателя. Если в этом
случае электродвигатель включен треугольником, повышение энер-
гетических показателей его будет иметь место при переключении ста-
торных обмоток па звезду.
Энергетика, электропривода станков
117
При этом фазовое напряжение обмотки статора понижается
в )/з = 1>73 раза. Это вызывает уменьшение тока холостого хода
и уменьшение потерь в стали. Однако при этом нужно иметь в виду,
что гри напряжении 380 и 5С0 в указанное переключение провести
нельзя, так как все двигатели нормально уже работают с соединением
статорных обмоток звездой.
Другим способом повышения энергетических показателей электро-
двигателя является секционирование его обмоток. В этом случае
статорная обмотка асинхронного двигателя изготовляется с боль-
Фиг 67. Схемы включения статора секционированного двигателя
шим числом выводов и при различных нагрузках секции обмотки
включаются в различные схемы, представленные на фиг. 67. При этом
напряжение на концах каждой секции статорной обмотки электро-
двигателя получает различное значение. Схемы выбираются таким
образом, чтобы по мере увеличения нагрузки напряжение на концах
каждой секции возрастало.
Применение секционированных двигателей также обеспечивает
повышение к. п. д. и cos <р электродвигателя при малых его нагрузках.
Вместе с тем применение указанного мероприятия связано с услож-
нением обмотки двигателя, с необходимостью применения относи-
тельно сложного переключателя и уменьшением начального пуско-
вого момента. Кроме того, при всяком переключении электродвига-
теля необходимо непрерывное наблюдение за соответствием его фак-
тической нагрузки схеме, на которую включена обмотка двигателя.
Несмотря на указанные недостатки, двигатели с секционирован-
ной обмоткой получили применение за границей.
У станков, имеющих фрикционную муфту в цепи главного дви-
жения, применяют так называемые ограничители холо-
стого хода.
Ограничителем холостого хода называют выключатель, который
отключает электродвигатель каждый раз, когда выключается фрик-
ционная муфта. Исключение периодов холостой работы электродви-
гателя влечет за собой экономию активной и реактивной энергии.
Следует иметь, однако, в виду, что в случае применения ограничи-
chipmaker.ru
118 Определение мощности электродвигателей
теля холостого хода возрастает число пусков электродвигателя,
что, в свою очередь, связано с некоторой дополнительной затратой
ч энергии. Кроме того, вследствие ухудшения охлаждения двигателя
во время пауз в некоторых случаях может иметь место и перегрев
двигателя. И, наконец, при использовании ограничителя холостого
хода, в связи с повышением числа включений электродвигателя,
увеличивается износ аппаратуры.
Учет всех указанных выше обстоятельств может быть произведен
с помощью специальных расчетов и номограмм.
Возможно также автоматическое отключение электродвигателя
лишь в том случае, если пауза является достаточно продолжительной.
Такое устройство разработано, например, заводом «Красный про-
летарий».
Нагрузочный график станков, работающих в условиях мелко-
серийного производства, изменяется очень часто. В связи с этим
указанные выше мероприятия значительного распространения не
получили.
В целях экономии энергии известный интерес представляет при-
менение для привода станка двух электродвигателей разной мощ-
ности. При обычных малых нагрузках станка можно включить один
двигатель меньшей мощности, который вследствие достаточной его
загрузки будет иметь высокие значения к. п. д. и cos <р. При увели-
чении нагрузки вместо этого двигателя может быть включен электро-
двигатель большей мощности, причем его энергетические показатели
будут достаточно высокими. При больших нагрузках включаются оба
двигателя и вследствие достаточной их загрузки эти электродви-
гатели опять-таки будут работать с высокими к. п. д. и cos <р. Осо-
бенно целесообразным в данном случае является применение авто-
матического включения и отключения электродвигателей в зависи-
мости от нагрузки.
Асинхронные двигатели различной мощности имеют также и раз-
личные скольжения при номинальной нагрузке, причем у двигателя
большей номинальной мощности номинальное скольжение имеет
меньшую величину. Поэтому, когда больший двигатель будет нагру-
жен до номинальной мощности, скольжение меньшего двигателя
будет ниже его номинального значения, а потому этот двигатель
окажется несколько недогруженным. В связи с этим предельно допу-
стимая нагрузка агрегата меньше суммы номинальных мощностей
электродвигателей на 10—30%.
Существуют многочисленные специальные технические средства
повышения cos <р электрических приводов. К ним относятся при-
менение статических конденсаторов, включаемых параллельно дви-
гателю, синхронизация асинхронных двигателей, замена асинхрон-
ных двигателей синхронными.
Однако, так как электроприводы металлорежущих станков
в своем большинстве работают с длительными паузами и с большими
и продолжительными недогрузками, использование всякой установки
Энергетика электропривода станков
119
повышенной сложности и стоимости будет слабое. Поэтому хотя
компенсация реактивной нагрузки наиболее целесообразна именно
в месте'ее возникновения мероприятия по повышению коэффициента
мощности приводов металлорежущих станков сколько-нибудь зна-
чительного применения не получили.
Наибольшее распространение получила компенсация реактивной
мощности в общецеховом или общезаводском масштабе. Для этих
целей, в частности, широко применяются батареи статических кон-
денсаторов.
»
chipmaker.ru
Chlpmaker.ru
ГЛАВА VI
АППАРАТУРА И СХЕМЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ
МЕТАЛЛОРЕЖУЩИМИ СТАНКАМИ
§ 25. АППАРАТУРА И СХЕМЫ РУЧНОГО УПРАВЛЕНИЯ СТАНКАМИ
Простейшим аппаратом ручного управления в схемах электро-
оборудования станков является рубильник.
Рубильники в станкостроении употребляются главным образом
в качестве вводных (или линейных) выключателей, предназначен-
ных лишь для снятия напряжения со схемы станка в случае длитель-
Фиг. 68. Рубильник с боковым приводом.
ного перерыва в его работ0. Рабочего тока электродвигателя вводный
рубильник обычно не разрывает; это выполняют другие аппараты.
Для того, чтобы ножи отключенного рубильника не находились
под напряжением и не представляли опасности при случайном к ним
прикосновении, провода от сети присоединяют к контактным стойкам
(губкам) рубильника, прикосновение к которым менее вероятно.
Кроме того, для обеспечения безопасности обслуживания рубильник
изготовляют часто с боковой рукояткой, с тем чтобы иметь возмож-
ность закрыть токоведущие части.
В станкостроении наиболее часто применяют трехполюсные ру-
бильники с боковым и центральным приводом на 60, 1С0 и 2С0 а
для использования в сетях с напряжением до 500 в. На фиг. 68 пред-
ставлен эскиз такого рубильника на ток 100 а. Рубильники с боко-
вой рукояткой могут быть встпоены в шкафы с электроаппаратурой
Аппаратура и схемы ручного управления станка ни
121
таким образом, чтобы рукоятка находилась снаружи. Реже такие
рубильники устанавливают в собственных кожухах.
Помимо рабочих контактов, замыкающих и размыкающих ос-
новные цепи, указанные рубильники могут быть снабжены так назы-
ваемыми блокировочными контактами, рассчитанными для управ-
ления цепями малого тока. Эти контакты, размыкающиеся или замы-
каюциеся при включении рубильника, могут быть использованы.
например, для включения или выклю-
чения сигнальной лампы. В сетях по-
стоянного тока применяются двухпо-
люсные рубильники.
Для электрооборудования станков
широко применяют также пакетные
переключатели, являющиеся по
сравнению с рубильниками весьма ком-
пактными аппаратами. Многополюсный
пакетный переключатель состоит из на-
бора наложенных друг на друга одно-
полюсных поворотных переключателей
(фиг. 69), управляемых посредством
вращения общей оси. Общее число та-
ких однополюсных переключателей
может доходить до семи, причем от-
дельные однополюсные элементы могут
быть установлены так, что при пово-
роте оси переключателя часть цепей
будет замыкаться, а часть размыкаться.
Таким образом, аппарат может рабо-
тать в качестве и выключателя и пере-
ключателя.
В верхней части пакетного переклю-
чателя помещается механизм, обеспечи-
вающий фиксацию и быстрое переклю-
чение контактов, скорость которого не
Фиг. 69. Пакетный переключа-
тель.
зависит от скорости пово-
рота рукоятки переключателя.
В схемах электрификации станков пакетные переключатели при-
меняются в качестве вводных выключателей, для пуска электродви-
гателей, для переключения цепей управления и сигнализации.
Пакетные переключатели предназначены для небольшого числа
включений (до 15—20 в час).
Форма поворотного контакта пакетного переключателя схемати-
чески показана на фиг. 70, а.
Если в одном ярусе двухъярусного переключателя применить
поворотный контакт, имеющий такую форму, а во втором ярусе —
контакт, имеющий форму, показанную на фиг. 70, б, то при пово-
роте оси такого переключателя на 90 ’ будет размыкаться одна цепь
и замыкаться другая.
chipmaker.ru
122 Аппаратура и схемы электрического управления станками
Если использовать многополюсные пакетные переключатели
и применять ножи, формы которых показаны на фиг. 70, а — е, то
при каждом повороте оси пакетного переключателя на 90° будет
получаться новая комбинация замыканий и размыканий электри-
ческих цепей. При использовании семиполюсных пакетных пере-
ключателей с различными числами ножей всех указанных форм можно
получить большое число возможных комбинаций замыкания и раз-
Фиг. 71. Устройство барабанного
переключателя (контроллера).
мыкания электрических цепей. При
этом каждый такой пакетный пере-
ключатель обеспечит четыре поло-
жения, поскольку ось пакетного пе-
реключателя при ее повороте фикси-
руется через каждые 90°.
Описанные многополюсные пере-
ключатели рассчитаны на ток до Юа.
Помимо них в станкостроении широ-
ко распространены трех полюсные па-
кетные переключатели на токи до 20
и до 60 а.
В случае необходимости одновре-
менного переключения большого
числа цепей в станкостроении упо-
требляют разного рода барабан-
ные переключатели (кон-
рующего материала. На его
троллеры). На фиг. 71 представлено
устройство такого аппарата. На ва-
лу 1 крепится барабан 2 из изоли-
поверхности укрепляется ряд медных
сегментов 3, расположенных продольными рядами и различным
образом соединенных друг с другом. На рейке 4 из изолирую-
щего материала расположен ряд контактных пальцев 5, от которых
отходят провода в разные точки схемы. При повороте рукоятки пере-
Аппаратура и схемы ручного управления станками
123
ключателя барабан 2 поворачивается, и сегменты 3 соединяют
пальцы 5 друг с другом тем или иным образом. Барабан можно по-
ворачивать в разные положения, причем каждому положению будет
соответствовать отдельная схема соединений пальцев барабанного
переключателя.
Фиг. 72. Барабанный переключатель.
На фиг. 72 представлен эскиз барабанного переключателя,
предназначенного для реверсивного управления трехфазными корот-
козамкнутыми электродвигателями. При напряжениях 127, 220,
а)
Фиг. 73. Схема барабанного переключателя для реверсивного двигателя
трехфазного тока.
Контакты Положения переключателя
I 0 П
п,- с, X — X
пг-с? X — —
п3-с3 X —
п2-с3 — — X
л3-с} — — X
б)
380 и 5С0 в этот переключатель допускает управление электродви-
гателями мощностью соответственно до 1,5; 2; 3 и 3,5 кет.
На схеме (фиг. 73, а) барабан переключателя изображен в виде
развертки. Контактные пальцы на такой схеме изображаются точ-
ками или кружками. Если барабан поворачивают в одно из его
положений, то под пальцами оказываются вертикальные образующие
chipmaker.ru
124
Аппаратура и схемы электрического управления станками
барабана 0, / или II. Расположенные на этих вертикалях контакт-
ные сегменты, показанные на фиг. 73 в виде заштрихованных прямо-
угольников, производят электрическое соединение контактных паль-
цев. К пальцам Д, Л2, Л3 присоединяются провода линии, а к паль-
цам С,, С2, С3 — провода от зажимов статора электродвигателя.
При постановке барабанного переключателя в положение / пальцы Л,,
Л2, Л3 соединяются соответственно с пальцами С2, С3, и двига-
тель гращается, допустим, вправо. При постановке переключателя
в положение // пальцы Л,, Л2, Л3 соответственно соединяются
с пальцами С3, С2, и электродвигатель вращается влево. Для
большей наглядности к схеме переключателя прилагают поясняющую
таблицу (фиг. 73, б), которая указывает, какие пальцы соединяются
в тех или иных положениях. На этой таблице крест указывает на
замыкание контактов, тире — на их размыкание. Барабанные
переключатели применяют в различных случаях. В частности,
с их помощью производят переключение полюсов многоскоростных
асинхронных двигателей. На фиг. 74 представлена схема барабан-
ного переключателя для управления двухскоростным электродвига-
телем.
Кроме барабанных переключателей, в промышленности полу-
чили распространение также кулачковые переключатели (кулач-
ковые контроллеры), где контакты замыкаются посредством валика
с кулачками.
Помимо рассмотренных аппаратов, при электрификации станков
применяют также однополюсные переключатели
(тумблеры). Они используются главным образом в цепях электриче-
ского освещения станка. На фиг. 75 представлен эскиз такого пе-
реключателя (типа П-2). По своему устройству и действию эти
аппараты аналогичны выключателям, широко распространенным в
сетях электрического освещения.
§ 26. АППАРАТУРА РЕЛЕЙНО-КОНТАКТОРНОГО УПРАВЛЕНИЯ
На фиг. 76 представлена упрощенная схема контакторного
или, как его также называют, кнопочного управления элек-
тродвигателем. В этой схеме включение электродвигателя произво-
ди г специальный аппарат — контактор.
Цепь электродвигателя (или иного основного потребителя элек-
трической энергии) называется цепью рабочего тока.
Контакты контактора, включенные в эту цепь, называются рабо-
чими или главными контактами.
Работает схема следующим образом. Когда нажимают на кноп-
ку 2, ток проходит через катушку 3, установленную на панели /,
сердечник 5 катушки намагничивается и притягивает к себе якорь 4.
Вал 6 контактора при этом поворачивается и производит замыкание
рабочих контактов 7.
Катушка 3 состоит из большого числа витков проволоки малого
диаметра и обладает весьма значительным сопротивлением, поэтому
Аппаратура релейно-контакторного управления
125
Фиг. 75. Однополюсный выключатель
(тумблер).
chipmaker.ru
126
Аппаратура и схемы электрического управления станками
ток, замыкаемый кнопкой 2, относительно невелик. Цепь катушки
кон!иктора носит название цепи управления.
Так как ток катушки контактора мал, кнопка 2 вместе с корпусом,
куда она встроена (так называемая кнопочная станция), может быть
небольшой по размерам. Это позволяет размещать кнопочные стан-
ции в тех местах, где это удобно рабочему, а контакторы, имеющие
при больших мощностях привода значительные размеры, устанав-
место на станке, или поме-
щать их в специальных шкафах
управления вне станка. Воз-
действие на кнопку не требует
значительного усилия, и при
частых включениях рабочий
утомляется меньше, чем при
использовании аппаратуры руч-
ного управления.
При составлении схем кон-
такторного управления поль-
зуются условными обозначе-
ниями, таблица которых при-
ведена в конце книги.
Отключение контактора про-
исходит под действием силы
тяжести его подвижных частей
при разрыве цепи катушки
контактора.
Время включения контакто-
ров колеблется в пределах
0,02—0,3 сек.; время отключе-
ния составляет 0,01—0,09 сек.
На фиг. 77 представлены наиболее распространенные формы
рабочих контактов контакторов. При значительных рабочих токах
рабочие контакты (контактные сухари) изготовляются из красной
меди (фиг. 77, а и б). Широко распространены, в особенности при
небольших токах, контакты, снабженные серебряными накладками
(фиг. 77, в). На фиг. 77, а и в показаны разомкнутые контакты,
а на фиг. 77, б — замкнутые.
Рабочие контакты контактора могут сильно обгорать под дей-
ствием электрической дуги, возникающей при отключении кон-
тактором электродвигателя.
При включении контактора после удара рабочие контакты могут
отскакивать, вследствие чего цепь рабочего тока размыкается и также
возникает электрическая дуга. Многократный разрыв цепи, вслед-
ствие вибрации контактов при включении, приводит к быстрому
их износу. В последние годы против вибрации контактов при-
меняют разного рода конструктивные средства (увеличивают
силу прижатия контактов, уменьшают скорость соударения и пр.).
Аппаратура релейно-контакторного управления
127
В особенности значительно разрушение контактов дугой постоян-
ного тока.
При включении контактора контактные сухари, изготовленные
из красной меди, соприкасаются с трением и перекатыванием.
в)
Электрическая дуга, возникающая в момент разрыва цепи, воз-
действует вследствие перекатывания лишь на верхние части контакт-
ных поверхностей.
Для ускорения разрыва электрической дуги при значительных
токах применяют контакторы с дугогасительными катушками,
действие которых показано на фиг. 78. Дугогасительная катушка
chipmaker.ru
128 Аппаратура и схемы электрического управления станками
состоит из небольшого числа витков проволоки большого сечения
(либо медной полосы, скрученной на ребро). По виткам катушки
проходит весь рабочий ток. Создаваемое кагушкой магнитное поле
замыкается через промежуток между ра-
бочими контактами 2 и 3 контактора, где
возникает электрическая дуга. Как изве-
стно, всякий обтекаемый током и незакре-
пленный проводник, помещенный в маг-
нитное поле, начинает двигаться в ту или
иную сторону в зависимости от направле-
ния тока в проводнике и направления
магнитного поля. В данном случае элек-
трическая дуга является таким подвиж-
ным проводником. Под влиянием магнит-
ного поля дупогасительной катушки дуга
начинает перемещаться. Направление вит-
ков катушки подбирается так, чтобы
электрическая дуга перемещалась вверх;
при этом она быстро удлиняется и рвется.
Чем больше разрываемый ток, тем мощ-
нее электрическая дуга и тем сильнее дей-
ствие дугогасительной катушки. В область
возникновения электрической дуги маг-
нитное поле дугогасительной катушки
подводится посредством двух толстых
щек 4, изготовленных из листовой стали
и охватывающих рабочие контакты кон-
Фиг. 78. Действие искрога-
сительной катушки.
Фиг. 79. Действие искрогаси-
тельной решетки.
тактора справа и слева. Эти же щеки 4
(фиг. 78) подходят к торцам сердечника дугогасительной катушки 1.
Между стальными щеками укрепляется дугогасительная камера 5
из асбоцемента, закрывающая с боков область возникновения элек-
трической дуги.
Дугогасительная катушка приме-
няется в контакторах как постоянного,
так и переменного тока. .В последнем
случае направление силового воздей-
ствия магнитного поля на электриче-
скую дугу при изменении направления
тока не меняется. Это объясняется тем,
что при переменном токе происходит
одновременное изменение направлений
тока в дуге и магнитного поля; следова-
тельно, направление силы взаимодей-
ствия остается неизменным.
Для гашения электрической дуги также применяют дугсгаситегь-
ную решетку, впервые предложенную русским электротехником
М.О. Доливо-Добровольским. Над рабочими контактами /и 2 (фиг.79)
Аппаратура релейно-контакторного управления
129
располагается ряд металлических пластин 3, укрепленных в стен-
ках дугогасительной камеры. При размыкании рабочих кон-
тактов электрическая дуга входит в промежутки между эт. ми пла-
стинами, разбивается там на части и очень быстро гаснет. Воз ш.шая
на контактах дуга быстро втягивается внутрь искрогасительной
решетки под воздействием магнитного поля, создаваемого разры-
ваемым током. Пластины искро-
гасительной решетки отбирают
у электрической дуги много
тепла, что способствует бы-
строму ее разрыву.
В ряде случаев для более
быстрого гашения дуги приме-
няется двукратный разрыв
цепи (фиг. 77, в).
Все сказанное относится
к контакторам, разрывающим
токи относительно большой
силы. У контакторов перемен-
ного тока, обслуживающих
маломощные электродвигатели,
дугогасительные катушки и ре-
шетки не применяются.
Кроме рабочих контактов,
у контактора имеются также
так называемые блокировоч-
ные контакты (блок-контакты).
Блок-контакты предназначены
для управления токами цепей
управления небольшой силы,
вследствие чего их конструк-
ция отличается от устройства
рабочих контактов. На фиг. 80,
а, б, в представлены блокиро-
вочные контакты, наиболее
распространенные на контак-
е)
Фиг. 80. Блокировочные контакты кон-
тактора.
торах, применяемых для электрификации металлорежущих станков.
При замыкании такого контакта, например на фиг. 80, а, контактный
мостик /, несущий два приваренных к нему контакта 2, прижи-
мается к неподвижным контактам 3. Пружина 4, которая при
этом сжимается, обеспечивает надежное прижатие контактного
мостика /.
На фиг. 81 представлена схема контактора, состоящего из трех
главных контактов /, снабженных дугогасительными катушками,
рабочей катушки 2 и четырех блокировочных контактов 3 и 4, из кото-
рых контакты 3 замыкаются при срабатывании контактора, а кон-
такты 4 при этом размыкаются.
9 Харизоменов 2890
chipmaker.ru
130 Аппаратура и схемы электрического управления станками
Нормальным положением контактора называется положение,
соо ветствующее отсутствию тока в его рабочей катушке. Поэтому
тот контакт, который замыкается при включении контактора и разом-
кнут, когда контактор отключен, называется нормально открытым
(сокращенно н. о.). В данном случае такими н. о. контактами являются
главные контакты 1 и блок-контакты 3.
Контакт контактора, который замкнут, когда контактор отключен,
и размыкается при включении контактора, называется нормально
закрытым (сокращенно н. з.). В данном случае нормально закрытыми
являются блок-контакты 4.
Фиг. 81. Схема контактора.
На фиг. 82 представлен чертеж трехполюсного контактора пере-
менного тока,предназначенного для управления двигателем до 12 кет,
220 в (до 15 кет, 380 в).
Контактор снабжен дуго-
гасительной решеткой.
4 Ниже рабочей катушки
расположена система бло-
кировочных контактов.
Данный контактор допу-
скает установку до четы-
рех (нормально открытых
и нормально закрытых)
блок-контактов. Контактор предназначен для работы с числом
включений не более 200 в час.
Контакторы, конструкция которых была описана выше, иногда
называют контакторами «клапанного» типа.
Кроме таких контакторов, широкое распространение получили
«прямоходовые» контакторы, у которых якорь не поворачивается,
а притягивается, перемещаясь прямолинейно.
На фиг. 83, а представлен «прямоходовой» контактор переменного
тока для включения двигателя 3,5 кет, 220 в (5 кет, 380 в) с четырьмя
контактами. Как видно из чертежа, его рабочие контакты имеют такое
же устройство, как блок-контакты. Контакты замыкаются при втя-
гивании якоря электромагнита, расположенного вверху контактора.
Дополнительно к контактору пристроены 2 н. о. и 2 н. з. блок-кон-
такта.
Устройство прямоходового контактора схематически показано
на фиг. 83, б.
На фиг. 84 представлен контактор постоянного тока.
Между контакторами переменного и постоянного тока имеются
следующие конструктивные и эксплуатационные различия. Магнит-
ная система контакторов переменного тока для уменьшения величины
вихуевых токов собирается из отдельных листов электротехнической
стали. Магнитопроводы контакторов постоянного тока делают сплош-
ными.
У контакторов переменного тока при нажатии кнопки (см. фиг. 76)
через катушку протекает ток значительной силы. После юго как
Аппаратура релейно-чонтакторного управления
131
9*
132 Аппаратура и схемы электрического управления станками
Аппаратура релейно-контакторного управления
133
Фиг. 84. Контактор постоянного
тока.
якорь 4 контактора притянется к сердечнику 5, ток в цепи катушки
резко уменьшится. Это явление объясняется тем, что при наличии
значительного воздушного зазора между сердечником и якорем
магнитный поток, создаваемый рабочей катушкой <3 контактора,
относительно мал. Вследствие этого мала э. д. с. самоиндукции,
наводимая в катушке, а следовательно, мало индуктивное сопро-
тивление катушки. Ток в цепи управ-
ления при этом велик. Когда якорь
притянется к сердечнику, магнитный
поток возрастет, индуктивное сопро-
тивление рабочей катушки контак-
тора увеличится и потребляемый ею
ток уменьшится в несколько раз.
Включение контактора перемен-
ного тока происходит очень быстро
и сопровождается значительными
ударами якоря по сердечнику ка-
тушки. Это обстоятельство сокра-
щает срок службы аппарата.
Обычно контакторы переменного
тока допускают не менее 1 млн.
включений за все время работы
(150—630 включений в час).
Современный уровень развития
производства электроаппаратуры
позволяет приступить к созданию
контакторов, допускающих до 5—
7 млн. включений под нагрузкой и до
20 млн. включений без нагрузки.
При такой долговечности контак-
тор, который включается один раз
в минуту, при 8-часовом рабочем
дне может работать десятки лет.
У контакторов постоянного тока после включения катушки ток
будет увеличиваться по показательному закону до установившегося
значения, которое не зависит от положения якоря. Постепенное
нарастание тока объясняется значительной индуктивностью катушки.
У контакторов постоянного тока поэтому якорь притягивается
плавно.
Значительные удары якоря по сердечнику отсутствуют. Поэтому
контакторы постоянного тока отличаются значительно большей
механической долговечностью, чем контакторы переменного тока
(до 30—50 млн. включений). Контакторы постоянного тока изго-
товляются преимущественно однополюсными.
Помимо указанных особенностей, контакторы переменного тока
имеют специальные устройства для уменьшения шума (гудения)
при включенном положении.
chipmaker.ru
134 Аппаратура и схемы электрического управления станками
Когда ток в катушке / (фиг. 85) проходит через нулевое значение,
якорь 3 электромагнита под действием веса подеиж! ых частей агпа-
рата начинает отпадать. Новое нарастание тока в катушке / вновь
притянет якорь 3 к сердечнику 2. Для устранения таких вибраций
якоря и сопровождающего их громкого гудения на торце сердечника
(или якоря при втяжном электромагните) помещают демпферный
виток 4, который представляет собой замкнутую медную рамку,
охватывающую часть
торца сердечника электрсмагнита. Замыкаю-
щийся через якорь переменный магнит-
ный поток, некоторой своей частью пуль-
сирующий внутри демпферного витка,
наводит в нем э. д. с. (так же как во вто-
ричной обмотке трансформатора). Под
де! ствием этой э д. с. в замкнутом демп-
ферном витке потечет переменный ток, ко-
торый, в свою очередь, создает добавоч-
ный магнитный поток, не совпадающий
по фазе с основным магнитным потоком.
Так как оба эти потока проходят через
свои нулевые значения неодновременно,
то всегда имеется поток, удерживающий
якорь от отпадания. В результате резко
уменьшаются дрожание якоря и гудение.
Промежуточное реле. Электромагнит-
ный аппарат, по своему устройству ана-
логичный контактору, но имеющий кон-
такты, предназначенные для работы в це-
управления (с небольшими токами), называется многокон-
пях
тактным промежуточным реле. На фиг. 86 предста-
влено такое реле, имеющее три нормально открытых контакта /
и три нормально закрытых контакта 2 (с габаритами 78 х 238 х
X 75 мм). Изготовляются также реле с четырьмя и двумя контак-
тами. Контакты реле могут быть н. о. и н. з. в любых комбинациях.
Реле строятся на напряжения 12, 36, 127, 220, 380 и 500 в пере-
менного тока и допускают до 600 включени.й в час.
Промежуточные реле могут быть также использованы для вклю-
чения маломощных электродвигателей (до 0,5 кет).
На фиг. 87 показано малогабаритное промежуточное реле, имею-
щее два н. о. и два н. з. контакта. Каждая пара н. о. и н. з. контактов
имеет общую точку. Реле предназначено для включения в сеть пере-
менного тока напряжением до 380 в и постоянного тока напряжением
до 220 в.
Для включения промежуточного реле через его катушку нужно
пропустить относительно небольшой ток; контакты промежуточного
реле могут при этом управлять значительно большим током. Таким
образом, промежуточное реле может работать в качестве усилителя
командного импульса, недостаточного для воздействия на исполни-
Аппаратура релейно-контакторного управления
135
chipmaker.ru
136
Аппаратура и схемы электрического управления станками
тельный орган. При наличии нескольких контактов, включенных
в различные цепи, промежуточное реле осуществляет также раз-
V в)
Фнг. 88. Схемы кнопок управления.
множение командного импульса.
В случае необходимости одновре-
менного включения нескольких кон-
такторов или промежуточных реле
их катушки включаются параллель-
но. Катушки реле и контакторов по-
стоянного тока могут включаться и
п ос л едов а тел ьно.
В последние годы наблюдается
тенденция к увеличению общего
числа контактов промежуточных ре-
ле (до 16) и к применению отдельных контактных блоков, легко
устанавливаемых и снимаемых. Меняя число блоков, изменяют число
контактов у данного аппарата. Кроме того, применение блоков по-
зволяет легкую замену контактов, вышедших из строя.
028
JМ.2Ъ*1
Фиг. 89. Кнопочный элемент.
Кнопки, посредством которых
производится управление контакторами,
могут иметь разного рода контакты. На
фиг. 88, а представлена схема кнопки
с н. о. контактом, который замыкается
Фиг. 90. Кнопка «Стоп» с увеличенной
головкой.
при нажатии на кнопку. Кнопка с н.з. контактом (фиг. 88, б) при на-
жатии на i ее разрывает цепь. В станкостроении широко распростра-
нены также кнопки с одним н. о. и одним н. з. контактами (фиг. 88, в).
Иногда применяют также и кнопки с двумя н. о. контактами.
На фиг. 89 показана конструкция кнопки, называемая кнопоч-
ным элементом, предназначенной для встройки в кнопочные станции,
Аппаратура релейно-контакторного управления
137
Кнопочный элемент укрепляется в отверстии панели посредством
гайки. Показанный на фиг. 89 кнопочный элемент имеет н. о. и н. з.
контакты.
Помимо указанного, в станкостроении применяются кнопки «Стоп»
с расширенной выступающей головкой (ладонные кнопки) (фиг. 90).
Такие кнопки весьма удобны
для быстрой аварийной оста- Винт Оля зазенления
новки. н-—Ik-------г* 7/,5
Кнопочные элементы ком-
плектуются в кнопочные стан-
ции. На фиг. 91 представлена
кнопочная станция с двумя
кнопочными элементами в ко-
жухе, предназначенная для
установки на наружных частях
станка.
На фиг. 92 представлена
кнопочная станция с тремя эле-
ментами без кожуха, предна-
значенная для встройки в нишу
в станине станка или в корпусе
другого его узла. Как видно из чертежа, головки кнопочных элемен-
тов над поверхностью фронтальной плиты не выступают. Это делает-
ся для того, чтобы исключить возможность случайного нажатия
Фиг. 92. Встраиваемая кнопочная станция.
нажатии на этот рычаг в любом направлении происходит пре-
кращение всех движений станка.
Подвесные кнопочные станции могут иметь различные конструк-
тивные формы и разнообразную аппаратуру.
Иногда для получения тех или иных движений станка необходимо
воздействовать на несколько кнопок в различных комбинациях.
При большом числе кнопок такое управление становится затрудни-
Фиг. 91. Кнопочная станция в кожухе.
кнопок, что в отдельных слу-
чаях может привести к тяжелой
аварии станка или к несчаст-
ному случаю.
На фиг. 93 представлена
кнопочная станция, подвеши-
ваемая на конце резинового
шланга, в котором заключены
подводимые к станции провода.
Помимо четырех кнопочных
элементов 1, эта станция имеет
четыре сигнальные лампы 2,
два однополюсных переключа-
теля (тумблера) 3 и кнопочный
элемент 4, снабженный толка-
телем (рычагом) 5. При легком
chipmaker.ru
138 Аппаратура и схемы электрического управления станками
Фиг. 93 Подвесная кнопочная станция.
фиг. 94. Универсальный переключатель.
Аппаратура релейно-контакторного управления
139
тельным. В этих случаях применяют ю.лачкогые переключатели,
предназначенные для работы в цепях управления и называ<мые
командоконтроллерами или переключателями упра-
вления. Наиболее распространенным в станкостроении аппаратем
такого рода является уни-
версальный переключа-
тель (фиг. 94, а).
По обе стороны оси
аппарата расположены
ряды контактов. При по-
воротах валика переклю-
чателя на определенные
углы контакты замыка-
ются также в определен-
ной последовательности.
Существуют многочислен-
ные конструктивные фор-
мы этих аппаратов, отли-
чающихся числом контак-
тов и порядком их замы-
кания. В зависимости от
числа контактов (которых
может быть до 32) длина
переключателя изменяется
в указанных на чертеже
пределах.
Порядок замыкания
контактов, соответствую-
щий данному исполнению
переключателя, указан в
специальной таблице
(фиг. 94, б). В этой таб-
лице крестами отмечены
контакты, замыкающиеся
Фиг. 95. Крестовый переключатель.
в указанном положении рукоятки переключателя.
В станкостроении получили некоторое применение также кре-
стовые переключатели (фит. 95, а). В крышке этого переклю-
чателя имеется крестообразное отверстие, позволяющее отклонить
рукоятку переключателя в любом из четырех взаимно перпендику-
лярных направлений. При этом, как показано на фиг. 95, б, происхо-
дит замыкание соответствующих контактов. На фиг. 95, в показаны
установочные размеры этого аппарата. Переключатель предназначен
для управления контакторами двигателей многодвигательного при-
вода станка. На станке крестовый переключатель может быть уста-
новлен так, что отклонение его рукоятки в ту или иную сторону
вызовет перемещение соответств} ющего движущегося элемента
станка в ту же сторону. Это облегчает управление станком.
r.ru
140
Аппаратура и схемы электрического управления станками
§ 27. ОСНОВНЫЕ СХЕМЫ КОНТАКТОРНОГО УПРАВЛЕНИЯ
Комплект контакторной аппаратуры, предназначенной для упра-
вления асинхронным короткозамкнутым двигателем с пуском на
полное напряжение, называют магнитным пускателем.
На фиг. 96 представлена схема нереверсивного магнитного пуска-
теля. Условные обозначения для электрических схем приведены
в конце книги. Для пуска и останова двигателя использована
кнопочная станция с двумя кнопками.
Схема, представленная на фиг. 96, изображена с соблюдением
соответствия между расположением элементов электрообо-
рудования на схеме и в на-
туре. Все контакты контак-
тора расположены в непо-
средственной близости отего
рабочей катушки. Пунктир-
ная линия, окружающая
контактор, указывает на на-
личие кожуха или шкафа,
где установлен конiактор.
Отдельно расположена кно-
почная станция, контуры
которой также показаны пун-
ктиром.
Схемы, построенные по
принципу соответствия ме-
жду фактическим размеще-
нием элементов оборудования
Фиг. 96. Совмещенная схема нереверсивного
магнитного пускателя.
и расположением их на схеме, называются совмещенными.
Такие схемы удобны при монтаже. Поэтому все монтажные схемы
составляются по этому принципу. Вместе с тем такие схемы имеют
обычно большое число пересекающихся проводников, что мешает
уяснению действия схемы.
Существует другой тип схем—элементные или развер-
нутые. В основу развернутых схем положен принцип наибольшей
наглядности цепей прохождения тока. На развернутых схемах отдель-
ные элементы различных аппаратов, входящих в схему, располагаются
там, где это удобно по соображениям наглядности. При этом различ-
ные элементы одного и того же аппарата могут оказаться на чертеже
в разных частях схемы, и для того чтобы указать на их принадлеж-
ность к данному аппарату, они снабжаются одинаковым буквенным
или цифровым обозначением. Обычно это обозначение составляется
из начальных букв слов, указывающих название и назначение
данного аппарата.
На фиг. 97 представлена развернутая схема нереверсивного маг-
нитного пускателя, совмещенная схема которого приведена на фиг. 96.
Действие этой схемы заключается в следующем. При нажиме кнопки
Основные схемы контакторного управления
141
Фиг. 97. Развернутая схема нереверсивного
магнитного пускателя.
«Пуск» через н. з. контакт кнопки «Стоп» замыкается цепь рабочей
катушки контактора 1К. Это вызывает включение контактора //(
и замыкание трех контактов /К в цепи главного тока (на фиг. 97,
слева). Этими контактами электродвигатель включается в сеть.
Одновременно замыкается н. о. блок-контакт //(, включенный
параллельно кнопке «Пуск»; это дает возможность отпустить кнопку
«Пуск», не вызывая этим отключения контактора.
Контакт 1К, включенный параллельно кнопке «Пуск», часто назы-
вают контактом самоблокировки или контактом само-
питания.
После окончания работы
электродвигатель может быть
отключен от сети посред-
ством нажатия кнопки «Стоп».
Описанная схема обла-
дает весьма ценным свой-
ством нулевой защиты.
Нулевой называется защита
электрической установки от
самопроизвольного повтор-
ного включения после ава-
рийного понижения напря-
жения сети до нуля или до ненормально низких значений и
последующего его восстановления.
Из схемы фиг. 97 следует, что при отпадании контактора 1К,
вследствие исчезновения напряжения в сети, размыкаются все кон-
такты /К, включая и блок-контакт самоблокировки. При появлении
напряжения в сети контактор 1К не включится до тех пор, пока не
будет нажата кнопка «Пуск». Такое же явление будет иметь место
при понижении напряжения в сети до 50—60% L/H при переменном
токе и до 15—20% UH при постоянном токе.
При управлении электродвигателем посредством рубильников,
пакетных переключателей и контроллеров в случае перебоя в подаче
тока и остановки станка схема электродвигателя не нарушается,
и при новом появлении напряжения в сети двигатель включается
самопроизвольно. Такой неожиданный самопуск двигателя и станка
может явиться причиной аварии или несчастного случая.
Из рассмотренной схемы фиг. 97 видно, что при замене кнопки
таким аппаратом ручного управления, как пакетный переключа-
тель или тумблер схема теряет свойство нулевой защиты.
По сравнению с аппаратурой ручного управления магнитные
пускатели обладают еще одним преимуществом: они допускают весьма
большое число включений в час.
В ряде случаев электродвигатели отдельных приводов должны
быть между собой электрически сблокированы. Одна из таких схем
представлена на фиг. 98. Вследствие наличия н. о. контакта IK,
включенного в цепь катушки 2К, второй двигатель может быть
142
Аппаратура и схемы электрического управления станками
включен лишь при условии, если первый уже работает. Такого рода
блокировка встречается, например, при электрификации фрезерных
станков с отдельным приводом подачи. Во избежание аварии (поломки
фрезы) схема должна быть построена так, чтобы привод подачи можно
было включать лишь в том случае, когда шпиндель уже вращается.
Фиг. 98. Взаимная блокировка двух электродвигателей.
При замене этого контакта н. з. контактом второй двигатель
получает возможность работать только при условии, если первый
двигатель не включен. Такого рода блокировка тоже часто встре-
чается в станкостроении.
Если при помощи одной кнопки
необходимо управлять несколькими
электрическими цепями, прибегают
к использованию многоконтактного
промежуточного реле. На фиг. 99
представлена схема, в которой при
нажиме на кнопку П происходит
одновременное включение контакто-
ров /К, 2К и т. д. и, следовательно,
одновременный пуск ряда двигате-
лей. Нажим на кнопку С вызывает
одновременное отключение всех элек-
тродвигателей. Наряду с групповым
управлением предусмотрена возмож-
ность включения и отключения каж-
Фиг. 99. Одновременное включение дого электродвигателя в отдельно-
ряда электродвигателей. сти Подобное управление приме-
няют, например, для включения
всей станочной линии и отдельных станков, входящих в ее состав.
При реверсивном управлении электродвигателем требуются два
контактора: для хода вперед КВ и для хода назад КН (фиг. 100, а).
При случайном одновременном включении контакторов КВ и КН
в цепи рабочего тока возникает короткое замыкание, так как крайние
линейные провода соединяются друг с другом крайними контактами
контакторов КВ и КН. Во избежание одновременного включения двух
Основные схемы контакторного управления
143
контакторов, применяется электрическая блокировка, осуществляе-
мая н. з. контактами кнопок В («Вперед») и Н («Назад»). При нажатии
кнопки В замыкается цепь катушки КВ и размыкается цепь катушки
КН. Контактор КН, если он был при этом включен, отключается.
При одновременном нажатии на кнопки В и Н н. з. контакты кно-
пок В и Н соответственно разрывают цепи катушек КН и КВ, и ни
один из контакторов включиться не может.
На фиг. 100, б представлена цепь управления схемы, в которой
электрическая блокировка, не допускающая одновременного вклю-
чения обоих контакто-
ров, осуществляется
посредством н. з. кон-
тактов КН и КВ. В этой
схеме при нажатии
кнопки В включается
контактор КВ. При
этом замыкаются кон-
такты КВ в цепи рабо-
чего тока (показанные
на фиг. 100, а), блок-
контакт самоблокиров-
ки КВ, шунтирующий
кнопку В, и размы-
кается н. з. контакт КВ,
включенный в цепь
катушки КН. Пока
включен контактор КВ,
нажатие на кнопку Н
не вызывает замыкания
цепи катушки контак-
тора КН. При необхо-
димости реверса в дан-
ном случае необходимо
предварительно нажать
кнопку С («Стоп»),
На фиг. 100, в представлена схема, сочетающая свойства обеих
рассмотренных выше схем. Эта схема не допускает реверса электро-
двигателя без промежуточного нажатия кнопку С, а при одно-
временном нажатии кнопок В и Н ни один из контакторов не вклю-
чается.
Отличительным свойством данной схемы, а также схемы, пред-
ставленной на фиг. 100, б, является отсутствие какого бы то ни было
действия при одновременном нажатии кнопок В и Н.
У реверсивных магнитных пускателей, кроме электрической
блокировки, обычно применяется также и механическая блокировка
с помощью коромысла или кулачков, не допускающих включения
одного контактора, когда другой уже включен. У схемы, представ-
chipmaker.ru
144 Аппаратура и схемы электрического управления станка ми
Фиг. 101. Схемы установочных пе-
ремещений.
водом в обоих описанных в
ленной на фиг. 100, о, механическая блокировка в особенности необ-
ходима. Без нее, в случае приваривания рабочих контактов одного
из контакторов, возможно включение другого контактора кнопкой
и короткое замыкание силовой цепи.
У реверсивных магнитных пускателей переменного тока нельзя
ограничиваться одной механической блокировкой. Это объясняется
тем, что при замыкании цепи катушки контактора переменного тока,
который не имеет возможности включиться, в катушке течет ток,
в несколько раз больший нормаль-
ного. При длительном нажатии на
кнопку это может привести к сгора-
нию катушки.
Схема, представленная на фиг. 97,
применяется в случае длительной
работы электропривода. На метал-
лорежущих станках часто требуется
работа электропривода лишь в то
время, пока кнопку «Пуск» держат
нажатой. Подобное управление тре-
буется при осуществлении разного
рода установочных перемещений,
когда кратковременное нажатие на
кнопку должно дать небольшое пе-
ремещение (толчок) тому или иному
движущемуся элементу станка.
В этом случае контакты самоблоки-
ровки не нужны. Также не нужна и
кнопка «Стоп». Такая схема пред-
ставлена на фиг. 101, а.
Часто возникает необходимость
управления одним и тем же при-
не режимах. Схема, обеспечивающая
такое управление, изображена на фиг. 101, б. В этой схеме при крат-
ковременном нажатии на кнопку П обеспечивается длительная ра-
бота привода. В случае нажатия на кнопку У («Установка») ее н. о.
контакт включает катушку УД, а н. з. контакт разрывает цепь само-
блокировки контактора.
При применении этой схемы необходимо учитывать возможность
задержки отпадания контактора 1К. При этом н. з. контакт отпу-
щенной кнопки У может замкнуться раньше, чем разомкнется блок-
контакт //(самоблокировки, и двигатель будет продолжать вращаться.
Действие схемы, представленной на фиг. 101. в, одинаково при
любом времени отпадания контактора. При необходимости длитель-
ного вращения необходимо кратковременно нажать кнопку /7, что
вызовет включение промежуточного реле ПР Один н. о. контакт
этого реле шунтирует кнопку П и дает возможность прекратить ее
нажатие, не вызывая остановки электродвигателя; другой — вклю-
Аппаратура и схемы защиты электродвигателей
145
чает рабочую катушку контактора 1К. При необходимости установоч-
ной работы электропривода нужно нажать кнопку У.
Следует отметить, что не всякое расположение контактов в цепи
управления является целесообразным. Так, например, расположение
контактов, представленное
на фиг. 102, нерационально. п
Кнопочная станция находит- । С
ся на станине станка, а кон- -----—° °—г—-----------------------
тактор и ввод сети перемен-
ного тока —в шкафу с аппа- ----------£----
ратурой электрического
управления станком. При Фиг. 102. Пример цепи управления, состав-
указанном на фиг. 102 распо- ленной нерационально,
ложении контактов нужны
лишние провода, проложенные между кнопочной станцией и шкафом
управления. Кроме того, близкое расположение в кнопочной станнги
кнопок П и С, присоединенных к различным полюсам сети, создает
возможность коротких замыканий. На основании указанных выше
соображений все контакты электроаппаратуры стремятся располо-
жить по одну сторону катушки контактора или реле.
§ 28. АППАРАТУРА И СХЕМЫ ЗАЩИТЫ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ
При возникновении перегрузок электродвигателя увеличивается
нагрев его обмоток, что может вызвать преждевременный выход
электродвигателя из строя. Поэтому необходимо отключение дви-
гателя от сети, как только его температура превысит установленную
величину. При возникновении в цепи электродвигателя короткого
замыкания необходимо немедленное его отключение.
Простейшими аппаратами, обеспечивающими защиту электро-
двигателя от чрезмерных токов, являются общеизвестные плав-
кие предохранители. Отключение электродвигателя эп ми
предохранителями осуществляется путем расплавления специально
рассчитанной плавкой вставки, представляющей собой кусок кали-
брованной проволоки или металлическую пластину.
Широкое распространение в станкостроении получили общеизвест-
ные пробочные предохранители на ток до 20а при 50Св, и трубчатые
предохранители (фиг 103). Эти предохранители i меют цинковую плав-
куюветавку, которая помещена внутри фибрового разборного патрона,
закрытого с концов металлическими обоймами. При сгорании плав-
кой вставки дуга не выходит за пределы патрона, а давление газов,
образующихся при этом, способствует быстрому гашению дуги.
Трубчатые предохранители строятся на токи 15, 60, 100 и 200 а,
при 500 в.
Для защиты двигателей постоянного тока и асинхронных дви-
гателей с фазовым ротором, пускаемых посредством реостата, плавкая
вставка подбирается на номинальный ток электродвигателя. Для
10 XapujOMCHOB 2890
r.ru
146 Аппаратура и схемы электрического управления станками
короткозамкнутых асинхронных двигателей выбрать ее таким обра-
зом нельзя, так как она расплавляется под действием пускового
т ка, превышающего у этих электродвигателей номинальный ток
в 5—7 раз. ГЪэтому для асинхронных короткозамкнутых двигателей
плавкая вставка выбирается на ток, в 2—2,5 раза меньший пуско-
вого. Вследствие кратковременности пускового процесса электро-
двигателей металлорежущих станков, выбранная таким образом
пл 1вкая вставка при пуске не успевает расплавиться. Однако пре-
дохранитель с плавкой вставкой, выбранной таким образом, не защи-
щает электродвигатель даже и при значительных его перегрузках,
Панель доЗО'мн
Фиг. 103. Трубчатый предохрани-
тель на токи до 100 а.
Фиг. 104. Тепловое реле с биметал-
лом.
т к как то: плавкой вставки в 2 раза и более превышает номиналь-
ный ток электрэдв ш.теля. В этих условиях предохранитель защи-
щает лишь провод! установки от токов коротких замыканий.
Величина тока, при которой происходит расплавление плавкой
вставки находится в обратной зависимости от времени его проте-
кания. При токах короткого гамыкания и при недопустимых
перегрузках, приводящих к остановке электродвигателя, распла-
вление плавкой вставки происходит достаточно быстро. При токах
же, меньших 200% номинального, плавкий предохранитель недо-
пустимо долго сохраняет цепь замкнутой.
Д я защиты электродвигателя оу недопустимого перегрева при
длительных перегрузках применяют тепловые реле. На фиг. 104
представлена схема устройства наиболее распространенного биме-
таллического теплового реле. Работает это реле следующим образом.
Ток защищаемого электродвигателя пропускается через нагрева-
тельный эл.мезт 1. Вблизи нагревательного элемента расположена
пластина, состоящая из двух наложенных друг на друга и сваре! ных
между собой полос 2 и 3 из металлов с различными коэффициентами
линейного расширения. При нагреве полоса 3 расширяется сильнее
полосы 2, и поэтому под действием нагрева биметаллическая пла-
стина 2—3 будет изгибаться кверху. При достаточно большем токе
рычаг 4, находящийся под действием пружины 5, соскочит с поды-
Аппаратура и схемы защиты электродвигателей
147
мающегося вверх конца биметаллической пластины и повернется
против часовой стрелки. Контакт 6 при этом разомкнется. Посредст-
вом кнэпк1 возврата 7 после остывания биметаллической пластины
рычаг 4 мажет быть возвращен в прежнее положение, и контакт 6
будет зам<нут Реле после этого вновь готово к действию.
Нагревание биметаллической пластины, осуществляется отно-
сительно медленно, поэтому тепловое реле достаточно хорошо
защищает электродвигатель от небольших, но длительных перегру-
зок; при больших нагрузках тепловое реле, напротив, выключает
цепь значительно позже, чем плавкий предохранитель. Поэтому
Фиг. 105 Схема включения теплового реле.
для надежной защиты электродвигателя в схему вводят и тепловое
реле, и плавкий предохранитель, как это показано на фиг. 105.
Для защиты электродвигателя применяют обычно два тепловых
реле, включенных так, как показано на фиг. 105. При одном реле
в случае перегорания предохранителя, последовательно с которым
включен нагревательный элемент этого реле, двигатель оказался бы
незащищенным (при однофазном включении). Н. з. контакты обоих
тепловых реле включаются последовательное катушкой контактора,
и поэтому срабатывание любого из них вызывает отключение электро-
двигателя так же, как и в случае нажатия на кнопку «Стоп».
Тепловые реле можно конструировать и так, чтобы контакты
имели автоматический самовозврат, т. е. сами замыкались вновь
после того, как двигатель отключен. Однако предпочтительнее
ручной возврат (см. фиг. 104), так как необходимо, чтобы после сра-
батывания теплового реле электродвигатель и станок были осмотрены
квалифицированным обслуживающим персоналом.
Тепловые реле изготовляют как в виде отдельных аппаратов
(помещенных в кожух и без него), так и пристроенными к кон-
такторам, причем у многих тепловых реле два нагревательных
10*
148 Аппаратура и схемы электрического управления станками
1
Фиг. 106. Тепловое реле
с легкоплавким сплавом.
элемента через посредство биметаллических пластин и рычажной
системы воздействуют на один и тот же н. з. контакт.
Кроме тепловых реле с биметаллом, в станкостроении нашли
некоторое применение тепловые реле с легкоплавким сплавом.
Устройство такого реле схематически показано на фиг. 103. Когда
под действием тепла, выделяемого нагревательным элементом 1,
расплавляется легкоплавкий сплав 2, вплавленный в него валик 3
получает возможность повернуться. На валике 3 насажено колесо 4
с косыми зубьями. Рычаг 5, оттягиваемый пружиной 6, стремится
повернуть колесо 4 по часовой стрелке.
Когда при расплавлении сплава повернется
колесо 4, собачка 7 соскакивает с зуба ко-
леса 4, и рычаг 5 производит размыкание
контактов реле. После того как легкоплав-
кий сплав снова застынет, нажатием на
кнопку возврата 8 собачка 7 рычага 5 за-
цепляется за новый зуб колеса 4, а рычаг 5
приводится в первоначальное положение.
Тепловое реле и электродвигатель, кото-
рый оно защищает, должны находиться в
одинаковых тепловых условиях. В частно-
сти, если вблизи нагревательного элемента
теплового реле находятся элементы другой
аппаратуры, выделяющие значительные ко-
личества тепла (например, катушки контак-
торов), защита электродвигателя становится
неудовлетворительной. Такой же дополни-
тельный подогрев имеет место, если объем
шкафа с электроаппаратурой слишком мал.
Для обеспечения надежной защиты электродвигателей необходи-
мо, чтобы тепловые характеристики теплового реле и защищаемого
им электродвигателя при всех режимах его работы совпадали.
Рассмотренные выше тепловые реле такого совпадения не обеспечи-
вают даже и при одном определенном режиме работы. Эго совпадение
может быть достигнуто у тепловых реле с более сложным устрой-
ством и лишь для продолжительного режима работы.
При повторно-кратковременном режиме работы привода, наиболее
распространенном у металлорежущих станков, тепловые реле не
в состоянии обеспечить достаточно надежной защиты, так как трудно
согласовать условия нагрева и охлаждения реле и электродвигателя
при различных условиях нагрузки.
Для защиты от коротких замыканий и чрезмерных перегрузок,
кроме плавких предохранителей, применяются реле тока. Эги реле
выпускаются для постоянного и для переменного тока и имеют весьма
различные конструктивные исполнения.
На фиг. 107 показано электромагнитное реле переменного тока
типа ЭТ-200, выпускаемое отечественной электропромышленностью.
Аппаратура и схемы защиты электродвигателей
149
Действие этого реле заключается в следующем.
При протекании через катушки 2 и 3, намотанные на магнито-
провод /, тока достаточной величины стальной якорь 4 поворачи-
вается. При этом, преодолевая противодействие пружины 6, пово-
рачивается ось 5 и контакт 7 замыкается.
Поворачивая стрелку 8, можно изменять степень противодействия
пружины 6, а следовательно, и величину тока, при которой будет
срабатывать реле.
Подобные реле выпускаются также с одним н. о. и одним н. з.
контактами и, помимо того, только с одним н. з. контактом.
Реле тока обеспечивают более надеж-
ную защиту, чем плавкие предохрани-
тели. Эго особенно важно в случае
применения двигателей постоянного
тока, так как эти двигатели способны
развивать очень большие перегрузоч-
ные моменты, опасные для механизмов
станка.
В случае применения асинхронных
двигателей таких перегрузок возник-
нуть не может вследствие неспособно-
сти асинхронного двигателя развивать
момент, превышающий опрокидываю-
щий.
Следует отметить, что предохране-
ние кинематических цепей станка от
Фиг. 107. Электромагнитное
реле тока.
перегрузок в настоящее время чаще осуществляют не электриче-
скими, а механическими средствами. Причиной является не
только указанное выше несовершенство электрической аппаратуры
защиты, но и наличие у многих станков ряда цепей, получающих
движение от одного двигателя. Значительная перегрузка, напри-
мер, цепи подачи, приводящая к разрушению ее элементов, сопро-
вождается незначительным увеличением тока, потребляемого общим
электродвигателем станка.
Таким образом, тепловые реле по существу обеспечивают защиту
лишь от однофазной работы асинхронного двигателя. Такая защита
может быть осуществлена также и в случае применения специального
реле обрыва фазы. Схема включения такого реле представлена на
фиг. 108. У этого реле три катушки РОФ включены параллельно
плавким предохранителям П. Л1агнитная система является общей
для всех трех катушек. При нормальной работе электродвигателя
через катушки токи не протекают, так как катушки зашунтированы
плавкими вставками. При перегорании одного из предохранителей
ток начнет протекать через шунтировавшую его катушку, реле
срабатывает, вызывая отключение электродвигателя.
Комплекты смонтированных на общей панели низковольтных
электрических аппаратов, предназначенных для управления элек-
150
Аппаратура и схемы электрического управления станками
трическими установками и их защиты, называются станциями управ-
ления.
На фиг. 103 представлена схема станции управления коротко-
замкнутым асинхронным двигателем значительной мощности. В ком-
плект входят три токовых максимальных реле 1PM, 2РМ и ЗРМ,
два тепловых реле IPT и 2РТ, включенных через трансформаторы
Фиг. 109. Схема станции управления мощным электродви-
гателем.
т' ка, и трехполюсный контактор Л с магнитной системой постоян-
ного тока. Для уменьшения тока в катушке контактора, после того
как он включился, применяется так называемое экономическое
сопротивление СЭ.
Аппаратура и схемы защиты электродвигателей
151
При наличии многодвигательного привода и сложной цепи управ-
ления часто возникает необходимость одновременного нажатия мно-
гих кнопок в различных комбинациях. Как было указано выше,
для облегчения этих операций применяются командоконтроллеры.
Контакты командоконтроллеров употребляются для включения кату-
шек контакторов взамен кнопок, и поэтому схема такого рода управ-
ления теряет свойство нулевой зашиты. Для обеспечения нулевой
защиты в схемах с несколькими командоконтроллерами, пакетными
переключателями и другими аппаратами ручного управления при-
меняют промежуточное реле (фиг. ПО, а).
В этом случае перед началом работы станка необходимо нажать
кнопку ПП («Подготовка пуска») и включить промежуточное реле РП.
Промежуточное реле замыкает свой н. о. контакт РП, после замы-
кания которого кнопку ПП можно отпустить. При замыкании того же
контакта РП вся нижняя часть схемы с контактами командоконтрэл-
лера КК-1, пакетного переключателя ПП-1 и т. д. и катушками
контакторов оказывается под напряжением. В случае падения напря-
жения до нуля или до ненормально низких значений промежуточное
реле РП отпадает, и его контакт РП отключает от сети всю нижнюю
часть схемы. Наличие напряжения в цепи управления отмечается
сигнальной лампой СЛ.
Если все цепи управления схемы замыкаются посредством лишь
одного комапдоконтроллера, то можно применить схему, представ-
ленную на с] иг. НО, б. В этой схеме цепь промежуточного реле РП
включается контактами КК-0 комапдоконтроллера, замыкаю-
щимися, когда контроллер установлен на нулевом положении и когда
контакты КК-1 • КК-2 и др. разомкнуты. При повороте контроллера
в любое рабочее положение контакты КК-1, КК-2 и др. замкнутся,
а контакт КК-0 разомкнется. Теперь реле РП будет питаться через
контакты самоблокировки. Если затем напряжение умепгшлтся
до недопустимо низких значений, реле РП выключится и контакты РП
разомкнутся. Для нового включения двигателя необходимо предва-
рительно командоконтроллер вернуть в нулевое положение.
chipmaker.ru
152
Аппаратура и схемы электрического управления станками
§ 29. ЭЛЕКТРОМАГНИТЫ И ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ МУФТЫ
I
I
При электрификации металлорежущих станков широкое распро-
странение получили однофазные электромагниты
переменного тока со втяжным якорем, иногда называемые также
соленоидами.
На фиг. 111, а показано устройство одпзфазного электромагнита.
При протекании тока через катушку 1 возникает магнитный по-
ток, замыкающийся через магнитопровод 2, собранный из листовой
стали, и якорь 3, который при этом втягивается в катушку. После
I
I
I
I
I
I
I
I
I
I
I
I
I
I
I
I
I
I
I
Фиг. 111. Втяжной электромагнит и его характерис-
тики.
этого магнитное поле
полностью замыкает-
ся через сталь сердеч-
ника и якоря.
Зависимость силы
тяги F, развиваемой
якорем, от его хода х
называется тяговой
характеристикой
электромагнита. Та-
кая характеристика
представлена на
фиг. 111, б. Как вид-
но из этой кривой,
по мере втягивания
якоря и уменьшения
зазора х сила тяги
возрастает и в конце
хода обычно в 1,5—2 раза превышает силу тяги начала хода.
Наибольшая допустимая данным электромагнитом величина хода
якоря и соответствующая ей сила тяги называются номинальными
значениями хода и силы тяги электромагнита.
Втягивание якоря сопровождается значительным изменением
величины переменного тока, питающего катушку электромагнита.
Как видно из фиг. 111,6, ток / уменьшается с уменьшением хода х,
так как по мере уменьшения зазора между якорем и сердечником
электромагнита возрастает э. д. с. самоиндукции, наводимая в катуш-
ке, а следовательно, возрастает и ее индуктивное сопротив-
ление.
При применении электромагнитов переменного тока необходимо
обеспечивать якорю возможность дойти до конца своего хода. Если
этому помешает какое-либо механическое препятствие, обмотка
электромагнита может быть перегрета увеличенным током.
Аналогично магнитной системе контакторов переменного тока,
для устранения вибраций якоря и сопровождающего их громкого
гудения на терце якоря 3 помещается демпферный виток 4, действие
которого было рассмотрено выше.
Электромагниты и электромагнитные муфты
153
Втяжные электромагниты изготовляют с номинальной силой
тяги от 1,5 до 25 кг и с номинальным ходом 25, Зи и 50 мм.
Габаритные размеры однофазных электромагнитов относительно
невелики; так, электромагнит на 1,5 кг с ходом 25 мм имеет
длину 67 мм, высоту при втянутом якоре 82 мм и диаметр ка-
тушки (наибольшую ширину) 72 мм. Соответственные размеры
электромагнита на 25 кг с ходом ЗОльи составляют 146, 193 и 156 мм.
Отечественная промышленность выпускает также электромагниты
толкающего действия.
Фиг. 112. Схема включения тормоз-
ного электромагнита параллельно
статору двигателя.
Фиг. 113. Включение тормозного электро-
магнита через конгакгор.
В станкостроении однофазные электромагниты широко исполь-
зуют для управления гидравлическими и пневматическими механиз-
мами (золотниками, распределителями, гидропанелями, кранами
и пр.). Однофазные электромагниты применяют также для дистан-
ционного переключения кулачковых и фрикционных муфт. В этих
случаях для обеспечения втягивания якоря до конца хода электро-
магнит связывают с муфтой посредством пружины.
Широкое применение получило торможение приводов станков
посредством электромагнитов. Схема такого торможения приведена
на фиг. 112. Обмотка электромагнита ЭМ включается параллельно
электродвигателю. Поэтому каждый раз, когда контактор /К вклю-
чает электродвигатель, электромагнит ЭМ втягивает свой якорь
и, растягивая пружину /, приподнимает колодку 2 над поверхностью
тормозного шкива 3, сидящего на валу электродвигателя. Двигатель
при этом может вращаться свободно. При отключении двигателя
отключается и электромагнит ЭМ, якорь его отпадает и пружина /
прижимает колодку 2 к поверхности тормозного шкива 3, обеспечи-
вая механическое торможение привота станка.
Описанная схема торможения не всегда является достаточно удоб-
ной, так как при отключении электродвигателя станок оказывается
заторможенным и шпиндель его нельзя повернуть от руки, что иногда
бывает необходимо. На схеме фиг. 113 при нажатии кнопки С одно-
временно с отключением электродвигателя замыкается цепь контак-
тора 2К тормозного электромагнита ЭМ, который вызывает прижа-
chipmaker.ru
154 Аппаратура и схемы электрического управления станками
тие колодки к поверхности тормозного шкива. После отпускания
кнопки система остается расторможенной.
Рассмотренные выше методы электрического торможения двига-
телей характеризуются теми же особенностями, что и последняя
схема (при отключенном электродвигателе система расторможена),
и, кроме того, не имеют механического износа тормозных приспо-
соблений.
Преимуществом торможения посредством электромагнитов яв-
ляется отсутствие нагрева электродвигателя при тормозных процес-
сах, что очень важно при необходимости частых торможений и при
больших маховых моментах системы. Этими соображениями объя-
сняется более широкое применение в станкостроении торможения
посредством электромагнитов, чем торможения противовключением.
Если срабатывание электромагнита должно сопровождаться замы-
канием или размыканием тех или иных цепей управления или сигна-
лизации, с якорем электромагнита связывают шток путевого пере-
ключателя; последний используется в качестве контактной системы.
В отдельных случаях, когда сила тяги однофазных электромагни-
тов оказывается недостаточной, могут быть использованы крановые
электромагниты трехфазного тока с большой силой тяги. Эти электро-
магниты имеют значительные размеры, что препятствует их исполь-
зованию в станкостроении.
В станкостроении иногда применяют также гидравлические тол-
катели. Такой толкатель представляет собой цилиндр, заполненный
минеральным маслом. В цилиндре помещаются поршень и насос,
приводимый в движение электродвигателем малой мощности. При
вращении насоса поршень и его шток перемещаются. Такая система
при достаточном диаметре поршня может развить очень значитель-
ные усилия, причем перемещение штока происходит весьма плавно.
Когда электродвигатель останавливают, поршень возвращается в пер-
воначальное положение под действием пружины.
В станкостроении получили применение фрикционные муфты
с рычажным, гидравлическим и пневматическим приводом, а также
электромагнитные муфты, питаемые постоянным током.
По сравнению с другими фрикционными муфтами электромаг-
нитные муфты отличаются простотой управления, конструктивной
несложностью и высокой скоростью срабатывания. На фиг. 114
схематически представлено устройство реверсивной электромагнит-
ной муфты. Электродвигатель / непрерывно вращает в одном направ-
лении шкивы 2 и 3, которые посредством прямого и перекрестного
ремней сообщают вращение в противоположных направлениях
шкивам 4 и 5, внутри которых встроены электромагнитные муфты.
При пропускании постоянного тока через катушку левой из этих
муфт образуется магнитное поле, замыкающееся через сердечник 7,
в концентрической канавке которого размещена обмогка 6, и якорь 8.
Сердечник и якорь, имеющий форму диска, выполнены из мягкой
стали. Якорь 8 неподвижно закреплен на валу 9; шкивы 4 и 5 свободно
Электромагниты и электромагнитные муфты
155
вращаются на этом валу; сердечники 7 и 10 укрэплены внутри шки-
вов 4 и 5 таким образом, что могут вместе со шкивами несколько пере-
мещаться в направлении оси муфты, скользя по втулкам //и 17.
Ток подводится посредством контактных колец 16. Пэд действием
магнитного поля, образовавшегося вокруг обмотки 6, сердечник 7
вместе со шкивом 4, сжимая пружину, притянется к якорю 8, вслед-
ствие чего вал 9 получит вращение в ту же сторону, куда вращается
шкив 4. Для увеличения силы трения ца краю сердечника 7 прикреп-
Фиг. 114. Реверсивное устройство из двух однодисковых
электромагнитных муфт.
ляется фрикционное кольцо 12. При выключении обмотки 6 поле исче-
зает, сердечник 7 пружиной отталкивается от якоря, и вращение
вала 9 прекращается.
При включении обмотки 15 правая электромагнитная муфта при-
тягивается к якорю 8, и вал 9 получает вращение в обратную сторону.
Для предупреждения повреждения изоляции обмотки муфты
при ее отключении предусмотрено разрядное сопротивление 13.
Регулирование силы сцепления может быть произведено с помощью
реостата 14, изменяющего силу тока в обмотке муфты.
Во избежание попадания масла на трущиеся поверхности одно-
днсковых фрикционных муфт они устанавливаются в местах, не-
доступных попаданию масла. При работе в условиях сухого трения
трущиеся поверхности этих муфт подвергаются значительному износу.
Это влечет за собой необходимость частого регулирования зазора.
Размеры электромагнитных муфт определяются величиной пере-
chipmaker.ru
156
Аппаратура и схемы электрического управления станками
даваемого крутящего момента. 1ак, при передаче крутящего момен-
та 0,5 кгм муфта имеет внешний диаметр около 200 мм; при передаче
момента 5 кгм внешний диаметр составит около 300 мм, а при передаче
момента 50 кгм диаметр равен около 500 мм. Зазор между сердечником
и яксрем у электромагнитных муфт делается по возможности малым
(около 0,2 мм).
Электромагнитные муфты получили применение в небольших
продольно-строгальных станках.
Нафиг. 115 представлена схема, обеспечивающая возвратно-посту-
пательное движение стола продольно-строгального станка при помо-
щи электромагнитных
муфт. Контакторами КВ
и КН, включающими соот-
ветственно электромагнит-
ные муфты хода вперед
ЭМ В и хода назад ЭМН,
управляет путевой пере-
ключатель ПВ с двумя
фиксированными положе-
ниями.
Если схему включить
под напряжение, то при
указанном на схеме поло-
жении переключателя ПВ
включается контактор КВ,
который, в свою очередь,
включает муфту ЭМ В,
Фиг 115. Включение электромагнитных муфт
строгального станка.
вследствие чего начинается
ход вперед. В конце хода вперед установленный на столе упор воздей-
ствует на переключатель ПВ, вследствие чего контакт ПВ в цепи
катушки КВ размыкается, а контакт ПВ в цепи катушки КН замы-
кается. Контактор КН при этом срабатывает и включает муфту ЭМН.
В конце хода назад другой упор стола производит переключение ПВ
в исходное положение, и начинается снова ход вперед.
Переставляя упоры, можно изменять длину хода стола.
Многодисковые электромагнитные муфты обладают по сравнению
с одиодисковыми значительно большими поверхностями сцепления.
При увеличении числа дисков до определенных пределов сцепное
усилие муфты возрастает.
Общее увеличение сцепного усилия у многодисковых фрикцион-
ных муфт настолько значительно, что появляется возможность изго-
товления этих муфт для работы со смазкой. Поэтому многодисковые
электромагнитные муфты можно конструировать для всгройки
в коробки скоростей и подач металлорежущих станков.
На фиг. 116 представлено реверсивное устройство, состоящее
из двух многодисковых электромагнитных муфт. При включении
обмотки 3 правой из этих двух муфт под напряжение постоянного
Электромагниты и электромагнитные муфты
157
тока 12 или 24 в вокруг этой обмотки образуется магнитный потск,
который замыкается через стальные фрикционные диски 5 и 6
и якорь 7 и 8, как показано на фиг. 116 пунктиром. При этом якорь,
составленный в целях лучшего прилегания из двух стальных кон-
центрических колец, подтягивается к сердечнику 4 муфты и сжимает
фрикционные диски. Ведущие фрикционные диски 6, связанные шли-
цевым соединением со втулкой 1, свободно сидящей на валу 2, при
Фиг 116. Реверсивное устройство из двух многодисковых электромагнитных муфт.
этом прижимаются к ведомым дискам 5, механически связанным
с сердечником 4 муфты. Этот сердечник, в свою очередь, жестко
связан с валом 2. Втулка / посредством зубчатой или ременной
передачи связана с валом электродвигателя. При сжатии фрикцион-
ных дисков муфты ведомый вал 2 начинает вращаться в направле-
нии вращения втулки /.
Питание муфты производится посредством контактного кольца 9,
по которому скользит щетка 10. Второй конец обмотки присоеди-
няется непосредственно к корпусу муфты. Такой подвод тока можно
осуществить в результате применения низкого напряжения (до 24 в),
при котором один из полюсов источника постоянного тока присое-
диняется к станине станка.
Действие левой фрикционной муфты аналогично описанному.
Так как втулка // вращается в сторону, противоположную вращению
втулки 1, вал 2 при сцеплении левой муфты будет вращаться в
направлении вращения втулки 11.
chipmaker.ru
158 Аппаратура и схемы электрического управления станками
, Для обеспечения достаточного давления якорей 7 и 8 на фрик-
ционные диски необходимо, чтобы магнитный поток через диски
в радиальном направлении по возможности не замыкался. Поэтому
диски снабжают многочисленными фигурными отверстиями, распо-
ложенными в виде кольца с диаметром, близким к среднему диа-
метру диска. Наличие таких отверстий с узкими промежутками
между ними резко увеличивает магнитное сопротивление в средней
части фрикционных дисков. Поэтому через диски в радиальном напра-
влении замыкается не более 2—4% общего магнитного потока муфты.
Диски изготовляют толщиной 0,8 мм из закаленной стали,
причем ее остаточный магнетизм недостаточен для того, чтобы вос-
препятствовать полному расцеплению муфты. После отклю-
чения муфта может передавать моменты не более 1% номиналь-
ного.
Большое значение имеет чистота обработки фрикционных дисков
(8-й класс) и параллельность их трущихся поверхностей. Чтобы
обеспечить надежное расцепление муфты, между дисками устанав-
ливают упругие разводные кольца.
Износ трущихся поверхностей многодисковых электромагнитных
муфт компенсируется автоматически.
Многодисковые фрикционные муфты отличаются небольшими раз-
мерами; так, при передаче крутящих моментов 4; 25; 163 кгм диаметры
муфт равны соответственно приближенно 78; 142; 220л/лспри осевой
длине 41; 51; 81 мм.
В отечественном станкостроении многодисковые фрикционные
муфгы применяют для переключения па ходу скоростей и подач
(например, в токарных станках 1620, 164 и др.). Их малые габариты
позволяют относительно просто размещать муфты внутри коробки
скоростей станка. Широкое распространение электромагнитные муф-
ты получили также в электрокопировальных станках. Схемы элек-
триче кого копирования с применением электромагнитных муфт
рассматриваются ниже.
Кроме многодисковых электромагнитных муфт описанной выше
конструкции, в отечественном станкостроении некоторое распро-
странение получили электромагнитные муфты, у которых магнитный
поток замыкается помимо дисков (фиг. 117). У этих муфт якорь /,
притягиваясь к сердечнику 2, посредством стержней 7 толкает метал-
лическое кольцо 6, сжимающее фрикционные диски 5. Увеличение
числа дисков муфты на магнитное сопротивление ее в данном случае
не влияет. У таких муфт могут быть применены диски из немагнитных
материалов, обладающих значительными коэффициентами трения.
Катушка 4 муфты одним концом присоединена к контактному коль-
цу 3, а другим — к корпусу 2.
Время включения электромагнитных муфт главным образом
зависит от скорости нарастания тока в катушке муфты. Эга скорость,
в свою очередь, зависит от индуктивности обмотки и ее активного
сопротивления.
Электромагниты и электромагнитные муфты
159
Для уменьшения времени включения последовательно с обмоткой
включают доэавочное сопротивление, шунтированное конденсато-
ром. При включении через катушку и емкость проходит значитель-
ный ток, величина которого затем ограничивается добавочным со-
противлением. Применяя такое форсирование, можно в широких
пределах изменять время включения муфты.
На быстроту включения муфты влияют также масса якоря и
дисков, упругость пружин и дисков, действие вихревых токов.
Быстрота отключения муфты
целиком определяется этими
факторами.
При надлежащей конструк-
ции и схеме включения элек-
тромагнитные муфты могут обес-
печить до нескольких десятков
включений в секунду.
В последние годы в станко-
строении начали применять так
называемые электромагнитные
порошковые муфты.
Порошковые муфты также на-
зываются жидкостными элек-
тромагнитными, магнито-эмуль-
сионными муфтами с магнито-
диэлектриком и муфтами с фер-
ромагнитным заполнителем. Фиг. 117. Многодисковая электромагнит-
У порошковых муфт зазор ме- пая муфта с вынесенными дисками,
жду сцепляющимися поверхно-
стями заполняется текучими или сыпучими смесями, главной состав-
ной частью которых являются железные порошки. При замыкании
магнитного потока через зазор смесь обращается в пластичный
слой, сцепляющий полумуфты между собой и создающий значи-
тельное сопротивление сдвигу. Изменяя магнитный поток, можно
управлять вязкостью этого пластичного слоя и величиной сопро-
тивления сдвигу.
Для составления магнитных смесей употребляют порошки кар-
бонильного железа, которые широко используются в радиотехниче-
ской промышленности для изготовления сердечников катушек,
включаемых в цепи тока высокой частоты. Карбонильное железо
содержит 0,7—0,8’’6 углерода. Средний диаметр частиц порошков
карбонильного железа, применяемых для заполнения порошковых
муфт, колеблется в пределах 1—9 мк. Частицы карбонильного железа
должны быть разделены средой, защищающей их от механического
разрушения вследствие трения, возникающего при проскальзы-
вании, а также от окисления. Разделяющие добавки должны
также обеспечивать смазку и предотвращать слипание -частиц
железа.
chipmaker.ru
160 Аппаратура и схемы электрического управления станками
Жидкие смеси образуются путем добавления к железному порошку
индустриальных масел, авиамасел и синтетических жидкостей.
Сыпучие смеси образуют путем примешивания к железному порошку
окиси цинка, окиси магния, азотистого бора, стеклянного и квар-
цевого порошка и т. д. Среднее объемное заполнение смеси железом
составляет 0,3—0,45.
В порошковых муфтах с жидкой смесью употребляются уплот-
нительные резиновые кольца, предотвращающие вытекание смеси.
В муфтах с сыпучей смесью применяют уплотнительные прокладки
из войлока и шерсти.
Удельная сила сцепления порошковых муфт зависит от: 1 вели-
чины магнитной индукции; 2) плотности смеси; 3) материала смеси;
4) размера зазора; 5) поверхностей полумуфт, соприкасающихся
со смесью в области влияния магнитного поля, 6) окружной скорости
в слое.
Влияние размера зазора относительно невелико. Влияние окруж-
ной скорости определяется тем, что под действием центробеж-
ных сил железные частицы смеси в зависимости от конструкции
муфты могут либо уплотняться в зазоре, либо выбрасываться из
него.
Величина удельной силы сцепления у порошковых муфт настолько
значительна, что размеры этих муфт не намного превышают размеры
электромагнитных муфт других типов.
Электромагнитные порошковые муфты могут работать как в ре-
жиме сцепления, так и в режиме проскальзывания. При работе
муфты с проскальзыванием момент муфты не зависит от степени
проскальзывания.
Мощность возбуждения электромагнитной порошковой муфты
составляет ничтожную долю мощности, передаваемой муфтой (обычно
менее 1%).
Конструктивные формы порошковых муфт чрезвычайно разно-
образны. На фиг. 118 представлены схемы конструктивных разно-
видностей порошковых муфт. Муфты, представленные на фиг. 118, а,
образуют одну пару полюсов, а муфты, представленные нафиг. 118, б,
образуют несколько пар полюсов.
Сердечники муфт целесообразно делать разъемными для удобства
сборки и разборки муфты.
К достоинствам порошковых муфт относится их высокая скорость
срабатывания, что объясняется отсутствием перемещающихся
поступательно элементов муфты. Изменение состояния магнитной
смеси происходит практически мгновенно; поэтому время срабаты-
вания порошковых муфт почти полностью определяется продолжи-
тельностью электромагнитных процессов в обмотке и магнитопроводе
Mjl] ты.
Дальнейшее уменьшение времени срабатывания порошковых
муфт может быть достигнуто путем изютовления якоря и магнито-
провода муфты из листовой стали.
Электромагниты и электромагнитные муфты
161
Основным недостатком порошковых муфт является старение
магнитной смеси, зерна которой с течением времени слипаются друг
с другом. Передаваемый муфтой крутящий момент при этом умень-
шается. Эю явление вызывает необходимость периодической замены
смеси. Дополнительным затруднением в эксплуатации является
необходимость обеспечения в порошковых муфтах надлежащей гер-
метизации и непрерывного наблюденья за ее состоянием.
Указанные эксплуатационные затруднения приводят к тому, что
порошковые муфты в настоящее время используются в станкострое-
а)
Фиг. 118 Ра; новидности порошковых муфт
нии лишь в тех случаях, когда применение однодисковых или много-
дисковых электромагнитных муфт по тем или иным соображениям
является неприемлемым. К числу таких случаев следует отнести
устройства, в которых к быстродействию муфт предъявляются
особенно высокие требования, а также случаи, когда необходимо
обеспечить точную величину подачи и проскальзывание при пере-
мещении движущегося узла станка до жесткого упора.
Помимо сцепных электромагнитных муфт, в последнее время на-
чали применять так называемые электромагнитные муфты сколь-
жения. Эги муфты обеспечивают возможность регулирования
скорости ведомого вала в широком диапазоне, доходящем до 50 : 1.
На фиг. 119 показан принцип действия и одна из схем включения
такой муфты. При питании обмотки муфты постоянным током вокруг
нее создается магнитное поле, которое замыкается, как пока-
зано нафиг. 119 пунктиром. Края желоба, в котором помещается
11 X аризомевов 2860
Аппаратура и схемы элекз рического управления станками
Электромагниты и электромагнитные муфты
163
chipmaker.ru
162
обмотка 1, снабжены зубцами 6, вследствие чего плотность ма-
гнитного поля в различных частях зазора неодинакова.
Если сердечник 2 с обмоткой / привести во вращение, то в стенках
стального ротора 3 вследствие неравномерности пересекающего их
вращающегося магнитного поля возникнут вихревые токи. Ротор 3
муфты при этом начинает вращаться точно так же, как под воздей-
ствием вращающегося поля начинает вращаться ротор асинхронного
двигателя. Если вращать ротор, то по тем же причинам начнет вра-
Если обмотку / муфты питать постоянным током неизменной вели-
чины, то скорость вращения ведомой части муфты будет уменьшаться
при увеличении нагрузки. Для сохранения постоянства скорости
при увеличении нагрузки необходимо соответственно увеличивать
ток, питающий обмотку муфты. Такое автоматическое увеличение
тока возбуждения осуществляется центробежным регулятором 7. При
понижении скорости контакт этого центробежного регулятора замы-
кает накоротко сопротивление 1С, включенное последовательно
Фиг. 119. Управление электромагнитной муфтой
скольжения.
щаться обмотка муфты.
Крутящий момент
ведомой части создается
вследствие взаимодей-
ствия между вращаю-
щимся магнитным полем
и вихревыми токами,
возникающими в сталь-
ном роторе.
Существуют также
муфты, имеющие на ро-
торе обмотку, анало-
гичную обмотке корот-
козамкнутого ротора
асинхронного двига-
теля. Такие муфты
скольжения называют
с первичной обмоткой трансфор-
матора ’5. Ток в обмотке муфты
возрастает, увеличивается ее маг-
нитный поток и ведомая часть
муфты начинает вращаться бы-
стрее. Если скорость ведомой ча-
сти станет больше заданного пре-
дела, то центробежный регуля-
тор 7 разомкнет свои контакты,
в цепь первичной обмотки транс-
форматора включится добавочное
сопротивление 1С и магнитный
поток муфты станет меньше.
На фиг. 120 представлена
схема центробежного регулятора.
При увеличении скорости ведомой
Фиг. 120. Регулятор муфты скольже-
ния.
также асинхронными
(муфты без обмотки на роторе иногда называют вихревыми).
Так же как у асинхронной машины, ведомая часть отстает от веду-
щей, и вращение происходит со скольжением
s=n-'-n*
«1
где и-, и пг — скорости вращения ведущей и ведомой частей муфты.
При увеличении скольжения вихревые токи в роторе увеличи-
ваются, что вызывает увеличение выделяемого в роторе количества
тепла.
В данном случае (фиг. 119) ведущей частью муфты является
ротор 3, который связан с валом асинхронного двигателя 4. С каким
бы скольжением ни работала муфта, ротор ее вращается с большой
скоростью, равной скорости электродвигателя, чем обеспечивается
хорошее охлаждение ротора.
Питание обмотки муфты производится через понижающий транс-
форматор 5 и селеновый выпрямитель 8.
Очевидно, что у электромагнитной муфты наибольший пере-
даваемый момент не может превышать момента приводного двигателя
и регулирование скорости может производиться лишь за счет пони-
жения скорости вращения ведомого вала по сравнению с ведущим.
части муфты грузик / регуля-
тора под действием центробежной силы, отжимая плоские пружины 2
и 3, размыкает контакт 4. Силу нажатия пружин 2 и 3 можно регули-
ровать винтом 5. Таким путем могут быть установлены различные
значения стабилизированной скорости вращения ведомой части муф-
ты. С помощью этого регулятора могут быть достигнуты стабилиза-
ция скорости, удовлетворяющая требованиям, предъявляемым к при-
воду металлорежущих станков, и регулирование скорости в диа-
пазоне 8:1.
Большие диапазоны регулирования могут быть достигнуты путем
применения тахогенератора и регулируемого ионного выпрямителя.
На фиг. 121 представлен чертеж муфты скольжения, разрабо-
танной Я. Б. Розманом (ЭНИМС) и предназначенной для работы
с электродвигателями мощностью до 1 кет, 1440 об/мин, имею-
щими фланцевое исполнение.
Сердечник катушки для удобства монтажа выполнен из двух
частей / и 2. Зубцы этих двух частей чередуются друг с другом, что
обеспечивает большую неравномерность поля и, следовательно,
более эффективное действие вихревых токов. Части 1 и 2 сердечника
и ротор 3 выполняют из мягкой стали.
Электромагнитные муфты скольжения обладают рядом существен-
ных недостатков, к числу которых следует прежде всего отнести
низкий к. п. д. при малых скоростях вращения.
11*
164
Аппаратура и схемы электрического управления станками
Учитывая, что моменты ведущей и ведомой половин муфты равны,
и пренебрегая небольшой мощностью, затрачиваемой на возбужде-
ние, можно считать, что к. п. д. муфты скольжения целиком опреде-
ляется скоростью вращения пг:
__ Р2 М-пг п2
1\ M-iit «1
При работе на низких скоростях к. п. д. муфты весьма низок.
Тепловые потери в муфте при этом возрастают так сильно, что во
Фиг. 121. Конструкция электромагнитной муфты скольжения.
избежание перегрева муфты при низких значениях п2 приходится
уменьшать предельно допустимую нагрузку муфты.
К числу недостатков могут быть также отнесены необходимость
применения специального устройства для стабилизации скорости
вращения и большая продолжительность переходных процессов,
обусловленная значительной массой муфты иболыпой индуктивностью
ее обмотки.
В связи с указанными особенностями электромагнитные муфты
в станкостроении целесообразно применять в приводах мощностью
до 2 кет, работающих при редких пусках, торможениях и реверсах
и без резких колебаний нагрузки. Эти требования приемлемы для
привода подачи ряда универсальных металлорежущих станков.
Электромагнитные закрепляющие устройства
165
§ 30. ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ЗАКРЕПЛЯЮЩИЕ УСТРОЙСТВА
На плоскошлифовальных станках широко применяются электро-
магнитные плиты. Положенные на поверхность таких плит обраба-
тываемые стальные детали удерживаются во время обработки силами
магнитного притяжения плиты.
Электромагнитное закрепление имеет много преимуществ по срав-
нению с обычным механическим зажатием в кулачках. Включением
тока можно осуществить быстрое одновременное закрепление
многих мелких деталей, расположенных на поверхности плиты. Так
же будет закреплена и крупная деталь, требующая механиче-
ского крепления во многих точках. При электромагнитном закрепле-
нии заготовки может быть достигнута большая точность обработки,
так как при нагреве детали в процессе обработки она, не будучи
сжата с боков, может свободно расширяться. Электромагнитное
закрепление дает также возможность обработки с торца и с боков.
Вместе с тем электромагнитное закрепление имеет некоторые
недостатки. При этом способе нельзя достигнуть таких больших
усилий, как при механическом зажатии посредством кулачков.
В случае аварийного перерыва в питании обмотки электромагнитной
плиты происходит срыв детали с поверхности плиты. Эти недостатки
позволяют применять электромагнитные плиты главным образом
лишь на плоскошлифовальных станках. Кроме того, необходимо
иметь в виду, что стальные детали, обработанные на электромагнит-
ных плитах, часто сохраняют остаточное намагничивание.
Питаются электромагнитные плиты постоянным током. На
фиг. 122, а приведено устройство электромагнитной плиты. Она
состоит из стального ящика 1, днище которого снабжено полюсными
выступами 2. Сверху накладывается плита 3, у которой участки 4,
расположенные над полюсами, отделены прослойками 5 из немаг-
нитного материала (сплав свинца и сурьмы, оловянные сплавы,
бронза и др.). При пропускании постоянного тока через обмотки 6
все участки наружной поверхности верхней плиты (зеркала), окру-
женные немагнитными прослойками, оказываются одним полюсом
плиты (например, северным); вся же остальная поверхность плиты 3
оказывается другим полюсом. Обрабатываемая деталь 7, перекры-
вающая в любом месте немагнитную прослойку, замыкает магнитный
поток одного из полюсов 2 и поэтому притягивается к поверхности
плиты.
На фиг. 122, б показана другая конструкция электромагнитной
плиты. Отделенные немагнитными прослойками участки рабочей
поверхности этой плиты являются разными магнитными полюсами,
а корпус плиты магнитной полярности пе имеет.
Для возможности закрепления небольших обрабатываемых дета-
лей расстояние между полюсами 2 (фиг. 122, б) желательно делать
как можно меньшим. Это, однако, весьма затруднительно, так как
межд; полюсами должны быть размещены витки двух катушек 6.
chipmaker.ru
166 Аппаратура и схемы электриче'сксго управления станками
Поэтому для закрепления мелких деталей применяются электромаг-
нитные плиты с несквозными прослойками из немагнитного мате-
риала. Устройство такой плиты показано на фиг. 122, в. Эга плита
имеет только одну катушку 2. Корпус / плиты накрыт толстой сталь-
ной крышкой 3 с близко расположенными немагнитными прослой-
ками 4. При накладывании на поверхность плиты небольшой обраба-
тываемой детали 5 часть магнитного потока плиты замкнется через
Фиг. 122. Электромагнитные плиты.
крышку 3 ниже прослоек, а часть его, огибая немагнитную про-
слойку, перекрытую деталью 5, пройдет сквозь эту деталь, обе-
спечивая ее притяжение.
Так как у плит с несквозными прослойками через деталь прохо-
дит только часть магнитного потока, сила притяжения этих плит
ниже, чем у плит, имеющих сквозные прослойки.
Кроме электромагнитных плит, предназначенных для возвратно-
поступательного движения, широкое распространение получили
вращающиеся электромагнитные плиты, обычно называемые электро-
магнитными столами.
В промышленности применяются также столы с неподвижными
электромагнитами. Устройство такого стола показано на фиг. 122, г.
Корпус 1 стола вращается над неподвижными электромагнитами 2,
Электромагнитные закрепляющие устройства
167
расположенными по окружности. Когда через обмотку 3 протекает
постоянный ток, магнитный поток замыкается так, как это указано
пунктиром на фиг. 122, г, обеспечивая притяжение детали. Электро-
магнитные столы описанного типа, помимо несквозных немагнитных
прослоек, расположенных по концентрическим окружностям, имеют
сквозные радиальные немагнитные прослойки, разделяющие корпус
стола и его рабочую поверхность на ряд секторов, не имеющих магнит-
ной связи друг с другом.
Если электромагниты 2 расположить не на всей окружности, то
у такого стола образуется сектор, на котором детали не будут закреп-
лены и могут быть легко сняты.
Фиг 123. Электромагнитным стол с фигурными полюсами
Стол с неподвижными электромагнитами опирается на кольцевые
направляющие, изготовленные из немагнитного материала (обычно
бропзы). Это исключает возможность замыкания потока снизу
электромагнитов.
Отсутствие притяжения на части поверхности стола вызывает
односторонний износ опорной втулки. Кроме того, наличие много-
численных концентрических и радиальных немагнитных прослоек,
а также немагнитных кольцевых направляющих связано со значи-
тельным расходом цветных металлов.
Помимо электромагнитных плит, имеющих поступательное или
вращательное движение, в отдельных случаях используют непо-
движные электромагнитные плиты, удобные для осуществления
ручных отделочных операций (шабрение, притирка и пр.).
Сила притяжения электромагнитной плиты в большой степени
зависит от материала и размеров закрепляемой детали, от числа
деталей, положенных на ее поверхность, от положения детали на
плите и от конструкции самой плиты. Удельное тяговое усилие
у современных электромагнитных плит колеблется в пределах 2—
13 кг/см2.
На фиг. 123, а и б показана форма полюса и поверхность
электромагнитной плиты с увеличенной длиной немагнитных про-
слоек.
chipmaker.ru
168 Аппаратура и схемы электрического управления станками
Электромагнитные закрепляющие устройства
169
Во время работы электромагнитная плита нагревается, во время
выключения охлаждается. Это вызывает движение воздуха через все
неплотности, в результате чего внутрь плиты может попадать охлаж-
дающая жидкость. Кроме того, вследствие различных коэффициентов
теплового расширения материала полюсов, верхней крышки и немаг-
нитных прослоек, вблизи мест соединения возможно появление
микротрещин. Поэтому при конструировании электромагнитных
плит весьма важной задачей является защита катушек плиты от воз-
действия охлаждающей жидкости. С этой целью применяют заливку
внутренней полости плиты битумом и даже минеральным маслом.
Размеры электромагнитных плит обычно согласуют с размерами
столов плоскошлифовальных станков, на которых эти плиты будут
использоваться. Так, в отечественном станкостроении придержи-
ваются следующих размеров рабочей поверхности электромагнитных
плит: 220x80; 280X125; 360X125; 450x200; 560x200; 710 x 320;
900 X 320; 1120 X 450; 1400 X 450; 1800 X 630 и 2240 X 630.
Согласно ГОСТ 3860-56 для питания электромагнитных плит
должен применяться постоянный ток напряжением 24, 48, ПО и
220 в. Наиболее часто применяется напряжение ПО в.
Питание электромагнитных плит переменным током неприемлемо
вследствие сильного размагничивающего и нагревающего действия
вихревых токов.
Катушки отдельных полюсов электромагнитной плиты чаще
всего соединяются последовательно. Реже применяется схема,
допускающая их переключение с последовательного на параллельное
соединение. При этом одна и та же магнитная плита может быть
включена под напряжение ПО в при параллельном соединении кату-
шек и под напряжение 220 в при последовательном их соединении.
Мощность, потребляемая электромагнитными плитами, обычно
находится в пределах 100—300 вт. В качестве источника питания
электромагнитных плит наиболее часто употребляются селеновые
выпрямители, изготовляемые станкостроительной промышленностью.
В комплект выпрямителя входят трансформатор, предохра-
нитель и выключатель.
За границей изредка применяли также питание плит от газотро-
нов (например, фирма Карл Юнг. ФРГ).
На фиг. 124 приведена схема включения электромагнитной
плиты. Если пакетный переключатель ПК находится в указанном
на схеме положении, привод движения стола (и вращения круга,
если это требуется) может быть пущен в ход при невключенной элек-
тромагнитной плите. Эта схема используется при наладочных опера-
циях. При повороте пакетного переключателя ПК обмотка электро-
магнитной плиты ЭП получает питание от выпрямителя В Последо-
вательно с этой обмоткой включена обмотка реле тока РТ, н. о.
контакт которого включен последовательно с катушкой контак-
тора 1К. Если вследствие какой-либо аварии питание электромаг-
нитной плиты прекратится, реле тока РТ своим н. о. контактом разор-
вет цепь катушки 1 К, и двигатель вращения стола (а зачастую и шли-
фовального круга) отключается. Выпрямитель получает питание
от сети переменного тока
через трансформатор Тр.
Возможность пробоя
изоляции обмотки элек-
тромагнитной плиты при
ее отключении в данном
случае исключена, так как
цепь обмотки после отклю-
чения плиты остается за-
мкнутой на селеновый
выпрямитель.
Вследствие наличия
остаточного магнетизма
во многих случаях сталь-
ные детали после их обра-
ботки бывает трудно снять
С поверхности электромаг- фиг. 124. Включение электромагнитной плиты,
нитной плиты. Для облег-
чения съема деталей через обмотку электромагнитной плиты после
окончания обработки в течение некоторого времени пропускают
небольшой ток противоположного направления.
Фиг. 125. Управление электромагнитной плитой посредством барабанного
переключателя.
На фиг. 125 представлена схема барабанного переключателя,
обеспечивающею разма! ничивание перед съемом детали с электро-
chipmaker.ru
170 Аппаратура и схемы электрического управления станками
магнитной п.' иты. При постановке барабанного переключателя в по-
ложение «Включено» ток протекает по цепи от положительного полюса
сети к пальцу 5', через сегмент барабана к пальцу 4', через об-
мотку ЭП плиты к пальцу 5, через сегмент барабана к пальцу 4
и от нею к отрицательному полюсу сети.
При постановке в положение «Размагничивание» ток протекает
по цепи от положительного полюса сети к пальцу 5', через добавоч-
ное сопротивление СД, палец <?', через соединенные друг с другом
контактные сегменты на барабане к пальцу 3, через обмотку ЭП
Фиг. 126. Токоподводы к электромагнитным плитам.
(слева направо) к пальцу 4', через соединенные сегменты барабана
к пальцу 4 и к отрицательному полюсу сети.
При постановке барабанного переключателя в положение О
обмотка ЭП отключается от питающей сети и пальцами 2 и 2' замы-
кается на разрядное сопротивление СР, величина которого обычно
в 2—3 раза превышает сопротивление обмотки. Конденсаторы С
служат для уменьшения искрения на контактах переключателя.
На фиг. 126 показаны различные фермы подвода тока к электро-
магнитным плитам, имеющим поступательное и вращательное дви-
жение. При возвратно-поступательном движении плиты на небольшом
пути обычно применяется подвод тока посредством специального
двухжильного гибкого провода в резиновой оболочке (фиг. 126, а).
Проволочная спираль 2 предохраняет провод 1 от резких перегибов.
При поступательном движении электромагнитной плиты на более
значительное расстояние применяются медные шины со скользя-
щими по ним щеками (фиг. 126, б). У крупных станков для тех же
целей применяются троллейные провода (как в подъемно-транспорт-
ных сооружениях). На фиг. 126, в представлен подвод тока к вра-
щающейся электромагнитной плите посредством контактных колец,
изолированных друг от друга и от вала, на котором они установлены.
Помимо описанных электромагнитных закрепляющих устройств,
в станкостроении некоторое применение нашли плиты с постоянными
Электромагнитные закрепляющие устройства
171
магнитами. Такие плиты по сравнению с электромагнитными обла-
дают двумя преимуществами: у них не может быть срыва деталей
при аварийном перебое в подаче тока и они не требуют источников
питания.
На фиг. 127, а схематически представлено устройство плиты
с постоянными магнитами. Плита состоит из ящика, внутри кото-
рого расположен пакет, набранный из постоянных магнитов /, между
которыми помещены пластины мягкого железа 2, отделенные от маг-
нитов прокладками из немагнитного материала 3. Постоянные маг-
Фиг. 127. Устройство плиты с постоянными магнитами.
ниты изготовлены из специального сплава и имеют форму пластин.
Пакет стянут болтами 4, снизу опирается на основание 5, выполненное
из мягкой стали, а сверху накрыт крышкой 6, изготовленной также
из мягкой стали. Крышка 6 имеет немагнитные прослойки, отделяю-
щие часть ее поверхности, находящуюся над полюсами. Корпус
плиты 7 выполнен из алюминиевого сплава. Деталь 8 из ферромагнит-
ного материала, наложенная на крышку 6, притягивается перекры-
тыми ею полюсами, причем магнитные потоки полюсов замыкаются,
как показано пунктиром на фиг. 127, а.
При съеме детали с электромагнитной, плиты полюсный пакет
сдвигают, как это показано на фиг. 127, б. Перемещение пакета про-
изводится вручную с помощью не показанного на фиг. 127 эксцен-
трика. При таком сдвиге полюсов их магнитные потоки замыкаются,
минуя деталь 8, как это показано пунктиром на фиг. 127, б. 11ри этом
деталь может быть легко снята.
Существенным недостатком плит с постоянными магнитами яв-
ляются силы притяжения, меньшие чем у электромагнитных плит.
Многие детали, подлежащие обработке на плоскошлифовальных
станках, должны быть установлены так, что к плите обращена неров-
ная поверхность с ребрами, выступами и впадинами.
Для закрепления таких деталей на электромагнитных и магнит-
ных плитах применяют специальные приспособления, называемые
накладниками или переводниками.
chipmaker.ru
172
Аппаратура и схемы электрического управления станками
На фиг. 128, а показано одно из таких приспособлений. Оно
представляет собой пакет из стальных пластин, разделенных пласти-
нами из немагнитного материала (текстолита, алюминия и др.).
Пакет пластин стягивается латунными болтами. Накладник уста-
Фиг. 128. Приспособления к электро-
магнитным плитам.
навливается на поверхности плиты, обрабатываемая деталь вкла-
дывается в специальные углубления на его поверхности и удержи-
вается силами магнитного притяжения. Меняя накладники, можно
обрабатывать на одной и той же стандартной плите детали самой
различной формы.
Фиг. 129. Демагнетизаторы.
В некоторых случаях на электромагнитных плитах возможно
закрепление деталей, изготовленных из немагнитного материала. На
фиг. 128,6 показано закрепление тонкостенного колпачка, изготов-
ленного из бронзы. Внутрь колпачка вложен стальной вкладыш 1,
через который и замыкается магнитный поток; вкладыш при этом
притягивается к поверхности плиты и удерживает обрабатываемую
деталь. Сила притяжения в этом случае невелика, так как магнит-
ный поток пронизывает бронзовое днище колпачка, обладающее
большим магнитным сопротивлением.
Снятые с поверхности электромагнитной плиты обработанные
детали обычно сохраняют значительный остаточный магнетизм.
Электромагнитные закрепляющие устройства 173
Для уничтожения этого остаточного магнетизма употребляются спе-
циальные демагнетизаторы (фиг. 129). Демагнетизатор (фиг. 129, а)
состоит из магнитопровода /, изготовленного из листовой стали и снаб-
женного полюсными башмаками 2 из мягкой стали, разделенными
немагнитной прослойкой 3. На сердечник / насажены катушки 4,
питаемые переменным током. Деталь, подвергаемую размагничива-
нию, кладут сверху на полюсные башмаки и несколько раз передви-
гают вперед и назад, что и приводит к ее размагничиванию.
На фиг. 129, б представлен другой демагнетизатор, предназначен-
ный для размагничивания деталей массового производства (кол ц
шариковых подшипников). Детали, подлежащие размагничиванию,
скользят по наклонному мостику /, выполненному из немагнитного
материала. При этом они проходят внутри клушки 2, питаемой
переменным током, и, подвергаясь перемагничиванию переменным
полем, теряют остаточный магнетизм. Интенсивность поля ослабе-
вает по мере удаления движущейся детали от катушки 2. Такие аппа-
раты пристраивают непосредственно к станкам.
chipmaker.ru
Cnlpmaker.ru
ГЛАВА VII
ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ АВТОМАТИЗАЦИЯ СТАНКОВ
§ 31. АВТОМАТИЧЕСКОЕ УПРАВЛЕНИЕ В ФУНКЦИИ ПУТИ
Автоматическое управление в функции пути является одной из
самых распространенных форм электрической автоматизации станков.
Основным органом управления в схемах путевой электроавто-
матики является путевой переключатель, который
представляет собой аппарат, замыкающий или размыкающий свои
контакты, когда движущийся элемент станка приходит в определен-
ную точку пути. В тех случаях, когда путевые переключатели уста-
новлены на концах пути, их называют конечными переключателями.
Это название иногда распространяют и на все вообще путевые пере-
ключатели, независимо от места их установки.
На фиг. 130 дан широко распространенный в станкостроении
путевой переключатель типа ВК-111, который представляет собой
контактное устройство (фиг. 130, а) с одним н. з. и одним н. о. кон-
тактами, срабатывающее при нажатии на его штифт кулачка или
упора, установленного на движущемся элементе станка.
На карболитовом основании переключателя укреплены непо-
движные контакты и карболитовый шток, несущий мостик с подвиж-
ными контактами. Описанный кнопочный элемент может быть по-
мещен в пыле-и брызгонепроницаемый чугунный кожух (фиг. 130,6),
в верхней части которого помещен подвижной стальной штифт, че-
рез который давление упора передается штоку переключателя.
После отхода упора возврат контактной системы в первоначаль-
ное положение производится пружиной. Подобные аппараты строят
также с одним н. о. или н. з. контактом.
Переключатель без кожуха применяется для пристройки к аппа-
ратуре и встройки в узлы станка в виде готовой контактной системы.
Скорость замыкания и размыкания контактов у данного переклю-
чателя зависит от скорости движения упора, нажимающего на его
шток. При медленном движении кулачка перемещение контактного
мостика делается также медленным, что может повести к появле-
нию па контактах затяжной электрической дуги и разрушению их.
По этой причине описанные переключатели избегают применять
при малых скоростях движения штока (меньше 0,4 м/мин). В по-
счеднем случае применяют путевые переключатели с контактами
Автоматическое управление в функции пути
175
мгновенного действия, обеспечивающие большую скорость переклю-
чения контактов независимо от скорости движения рабочего органа
станка, несущего упор.
На фиг. 131, а приведен чертеж путевого переключателя типа
ВК-211 моментного (мгновенного) действия. При нажатии дви-
жущимся упором на ролик этого переключателя происходит быстрое
переключение контактов, причем скорость движения упора не
оказывает влияния на время переключения контактов переключателя.
На фиг. 131, б пока-
зано устройство уско-
ряющего механизма пе-
реключателя ВК-211.
При нажатии упором на
ролик / рычаг 2 пово-
рачивается (на 12°) и
через посредство на-
бора ленточных пру-
жин 3 поворачивает по-
Фиг. 130. Путевой переключатель типа ВК-111.
водок 4; при этом ролик 5 перекатывается вправо по планке 6,
а пружина 7 сжимается. При достаточном повороте поводка 4 отво-
дится собачка <9; планка 6 под действием пружины 7 при этом быстро
поворачивается и производит переключение контактов. После пре-
кращения нажатия на ролик пружина 9 возвращает подвижную
систему переключателя в исходное положение. Вследствие наличия
рессоры (набора ленточных пружин 3) переключатель без поломок
допускает отклонение рычага 2 на угол, значительно больший, чем
требуемый для срабатывания. Для обеспечения срабатывания при
движении упора с противоположной стороны пружина устанавли-
вается с другой стороны поводка 4, как показано на фиг. 131, б пунк-
тиром.
Путевые переключатели, снабженные сильной пружиной (в данном
случае пружиной 9), возвращающей переключатель в исходное
chipmaker.ru
176
Электрическая автоматизация станков
положение после прекращения воздействия со стороны движущегося
упора, называются переключателями с самовозвратом.
Применяют также путевые выключатели без самсвозврата. Такие
переключатели снабжают двумя роликами, на которые воздействуют
Фиг. 131. Путевой переключатель типа ВК-211.
два упора, движущиеся в противоположных направлениях (фиг. 132,а)
и поочередно воздействующие на переключатель. Ролики могут быть
укреплены как с внутренней, так и с наружной стороны рычага.
Часто возникает необходимость работы расположенных рядом
путевых переключателей от различных упоров. В этом случае также
используют установку роликов с разных сторон рычагов путевых
переключателей (фиг. 132, б).
В некоторых случаях приходится применять путевые переключа-
тели одностороннего действия. У такого переключателя (фиг. 132, в)
применяется срезанный с одной стороны ролик, который посредством
пружины, сидящей на его оси, удерживается в указанном на фигуре
перекошенном положении. При подходе упора справа срезанный
Автоматическое управление в финкции пути
177
ролик работает как целый; при подходе же воздействующего упора
слева срезанный ролик поворачивается вокруг своей оси, пропуская
над собой упор и не производя поворота рычага переключателя.
В отечественном станкостроении применяется также путевой
переключатель типа ВК-311А с н. о. и н. з. контактами, имеющий
герметизированное исполнение и устройство, сходное с ВК-211.
Помимо описанных путевых переключателей, при электрификации
станков широкое распространение получили так называемые микро-
переключатели (фиг. 133, а ,6). Э1И переключатели (типа МП-1)
отличаются малыми габаритными размерами
и малым рабочим перемещением штока
(0,3—0,7 мм). Микропереключатели выпол-
няются в пластмассовом корпусе, весят всего
38 г и применяются при токах до 3 а, 380 в.
Они отличаются высокой точностью срабаты-
Фиг. 133. Микропереключатель.
вания и требуют малого усилия для нажатия штока (0,3—0,7 кг).
Вследствие применения особых пружин при нажатии на шток по-
движной контакт микропереключателя скачком переходит из одного
положения в другое. Таким образом обеспечивается моментное
действие контактной системы.
Для защиты от внешних воздействий микропереключатели постав-
ляются также встроенными в металлический кожух (типа МП-3).
В последнем случае переключатель имеет, однако, значительно боль-
шие размеры (108 X 33x55 мм).
Отечественная промышленность изготовляет также путевой пере-
ключатель, допускающий перестройку контактов. Конструкция
этого переключателя (типа ВК-133) показана на фиг. 134. Путем
перестановки контактных стоек у такого переключателя можно уста-
новить следующие комбинации контактов: 3 н. о.; 2 н. о. + 1 н. з.;
2 н. з. + 1 н. о.; 3 н. з.
12 Харизоменов 2890
chipmaker.ru
178
Электрическая автоматизация станков
К надежности работы и к долговечности путевых переключа-
телей предъявляются весьма высокие требования. Путевые пе-
реключатели в зависимости от исполнения после 1-2-10е сраба-
тываний остаются пригодными к дальнейшей работе. Путем усо-
вершенствования аппаратуры долговечность повышают, стремясь
довести до 5—10-Ю6.
L---------70----------I -------52-------
Фиг. 134. Путевой переключатель с перестройкой контактов.
В последние годы в промышленности начали применяться индук-
тивные путевые переключатели, называемые иначе индуктивными
датчиками. Индуктивный датчик (фиг. 135) представляет собой ра-
зомкнутый магннтопровод / с намотанной на нем катушкой 2, вклю-
ченной в цепь переменного тока.
При прохождении мимо стального якоря 3 магнитный поток воз-
растает, вследствие чего увеличивается индуктивное сопротивление
катушки 2. При этом в цепи, составленной из катушки 2 и емкости,
включенной параллельно катушке, возникает явление резонанса
токов, ток 1 уменьшается и соответствующее реле, катушка которого
включена последовательно с датчиком, отпадает.
Автоматическое управление в функции пути посредством таких
бесконтактных датчиков не связано с каким-либо механическим
износом деталей аппарата.
Автоматическое управление в функции пути
179
В станкостроении изложенный выше принцип путевого управле-
ния достаточного распространения еще не получил.
Схемы автоматического управле- .
ния в функции пути. На фиг. 136, а
представлен простейший случай при-
менения путевых переключателей.
Пусть движущийся элемент А
станка, перемещаемый электродвига-
телем, при нажиме на кнопку П
(«Пуск») должен начать двигаться из
положения 1 в положение 2, где дви-
жение элемента должно прекратиться
в результате воздействия на путевой
переключатель ПВ2. Цепь управле-
ния схемы, обеспечивающей такое
движение, представлена нафиг. 136,6.
В этой схеме действие н. з. контакта
путевого переключателя ПВ2 подоб-
но действию кнопки «Стоп», нажи-
маемой в момент, когда движущийся
элемент станка приходит в положе-
ние 2.
Для вращательного движения
Фиг. 135. Индуктивный путевой
переключатель.
элемента станка, при котором от
нажима пусковой кнопки он должен повернуться на некоторый
заданный угол, схема установки путевого переключателя и воздейст-
вующего на него кулачка приведена на фиг. 136, в.
Фиг. 136. Элементы управления станками в функции пути
Если угол поворота вала 1 больше 360°, вал связывается с бара-
баном 2 посредством механической передачи 3 (фиг. 136, г). В пазах
на барабане 2 укрепляются кулачки, которые при повороте барабана
12*
chipmaker.ru
180
Электрическая автоматизация станков
на определенный угол замыкают контакты 4 в той или иной после-
довательности. Такое устройство называют также путевым ко-
мандоаппаратом.
К применению путевого переключателя с вращающимся бараба-
ном прибегают и в тех случаях прямолинейного движения, когда не-
желательно ставить путевые переключатели по ходу прямолинейно
движущегося элемента станка. Такое решение оказывается целесооб-
разным, например, при обилии охлаждающей жидкости, стружки
или масла, затрудняющих нормальную эксплуатацию путевых пере-
ключателей при линейном их расположении. Подобное устройство
можно применить и в тех случаях, когда путь прямолинейного пере-
Фиг. 137. Автоматизация движения
посредством путевых переключателей.
мещения весьма мал и в продолже-
нии его должен сработать ряд
путевых переключателей.
Барабанный путевой переклю-
чатель целесообразно использо-
вать также в том случае, когда
желательна централизация управ-
ления станком.
В ряде случаев неисправность
путевого переключателя может
привести к тяжелой аварии стан-
ка. Так, например, в случае не-
срабатывания путевого переклю-
чателя ПВ2 (фиг. 136, а) движущийся элемент А станка может
сойти с направляющих или упереться в неподвижную часть станка.
Во избежание возможной механической поломки по пути движения
устанавливается второй путевой переключатель КВ, который играет
роль аварийного конечного выключателя, вызывающего прекраще-
ние всякой дальнейшей работы станка.
Путевые переключатели применяют для решения самых разнооб-
разных задач электрической! автоматизации станков. Рассмотрим
одну из них. Допустим, что в результате нажатия кнопки «Пуск»
должен осуществиться следующий цикл последовательных переме-
щений двух движущихся элементов станка, схематически представ-
ленных нафиг. 137: 1) элемент А после нажатия кнопки должен пере-
меститься из положения У в положение 2; 2) после этого элемент Б
должен переместиться из положения 3 в положение 4\ 3) затем
элемент А должен переместиться обратно из положения 2 в поло-
жение 1 и 4) после этого элемент Б должен вернуться из положения 4
в положение 3. Для решения этой задачи применены четыре путевых
переключателя ПВ1, ПВ2, ПВЗ, ПВ4, нажимаемых соответственно
в точках /, 2, 3 и 4 посредством упоров, установленных на движу-
щихся элементах станка (фиг. 137).
Схема управления, обеспечивающая указанный цикл последова-
тельных перемещений, представлена на фиг. 138. При нажатии
кнопки П включается контактор 1В, и электродвигатель 1М начи-
Автоматическое управление в функции пути
181
нает вращаться вперед. Замыкание блок-контакта самоблокировки
контактора 1В позволяет отпустить кнопку П, не производя выклю-
чения контактора. Элемент А (фиг. 137), дойдя до точки 2, нажимает
установленным на нем упором на путевой переключатель ПВ2,
который своим н. з. контактом отключает контактор /В, а своим
н. о. контактом ПВ2 (фиг. 138) включает контактор 2В, обеспечиваю-
Фиг. 138. Схема к фиг. 137.
пвз
щий ход вперед элемента Б (фиг. 137). Элемент Б доходит до точки 4
и установленным на нем упором нажимает на путевой переключа-
тель ПВ4, который отключает контактор 2В своим н. з. контактом,
а н. о. контактом замыкает цепь контактора 1Н, который включает
электродвигатель 1М на вращение
в обратную сторону, вследствие чего
элемент А начинает отходить назад.
Дойдя до точки /, элемент А воздей-
ствует на путевой переключа-
тель ПВ1, который своим н. з. кон-
тактом отключает контактор 1Н,
а н. о. контактом включает контак-
тор 2Н. Начинается обратное враще-
ние двигателя 2М, и элемент Б на-
чинает перемещаться обратно. В точ-
ке 3 нажимается путевой переклю-
чатель ПВЗ, и контактор 2Н отклю-
чается, вызывая прекращение даль-
нейшего движения электродвигателя 2М. После этого система
будет находиться в покое до нового нажатия на кнопку П.
Включенные в цепи катушек контакторов н. з. контакты IB, 1Н,
2В и 2Н обеспечивают защиту от коротких замыканий, которые
могли бы возникнуть при одновременном включении контакторов
хода вперед и хода назад.
Приведенное описание работы схемы может быть заменено цикло-
граммой, показанной на рис. 139, где по оси абсцисс отложено время,
chipmaker.ru
182
Электрическая автоматизация станков
протекшее с момента нажатия кнопки П, а по линиям, парал-
лельным этой оси, жирной чертой указано, когда каждый аппарат
системы находится под воздействием.
Если и. о. контакт путевого переключателя ПВЗ, сработавшего
последним, включить параллельно кнопке П, как это указано
пунктиром в верхней части схемы на фиг. 138, то цикл замкнется
и указанная программа последовательных перемещений будет перио-
дически повторяться беспрерывно.
Одна и та же схема электрического управления может быть
пригодна при различных конструктивных формах элементов станка
и различных видах их движения. Элементы станка (фиг. 140, а, б, в)
могут двигаться в любых плоскостях и направлениях, проходить
любые пути, иметь вращательное или поступательное движение, но
если последовательность перемещений аналогична рассмотренной
выше и может формулироваться краткой записью /—2, 3—4, 2—1,
4—3, то сохраняется электросхема рассмотренного выше частного
случая, представленная на фиг. 138. Например, системы, представ-
ленные на фиг. 140, имеют при этом условии одну и ту же схему
путевой электроавтоматики.
Пример. Составить схему управления двумя движущимися элементами станка
(фиг. 137) таким образом, чтобы после нажима кнопки П элемент Л переместился
из положения / в положение 2, потом элемент Б переместился из положения 3 в
положение 4, а затем чтобы оба элемента начали одновременно перемещаться в свои
исходные положения, при достижении которых движение должно прекратиться.
Сокращенная запись движений в этом случае имеет вид
1-2, 3-4,
I
Автоматическое управление в функции пути
183
Решение. 1. Так как оба элемента станка должны перемещаться вправо
и влево, то в цепи рабочего тока чертим схему реверсивного контакторного управ-
ления для каждого из электродвигателей 1М и 2М (фиг. 141).
2. После нажима кнопки П должно начаться движение элемента А вперед;
чертим первую цепь управления.
3. Так как движение должно продолжаться и после отпуска кнопки П,
эту кнопку шунтируем н. о. контактом самоблокировки IB.
4. В точке 2 движение должно прекратиться: включаем в цепь катушки 1В н. з.
контакт путевого переключателя ПВ2.
5. Так как после этого должно начаться движение элемента Б, н. о. контактом
путевого переключателя ПВ2 замыкаем цепь катушки контактора 2В.
Фиг. 141. Электросхема к примеру.
6. Для прекращения движения элемента Б в точке 4 разрываем цепь катушки
2В н. з. контактом ПВ4.
7. Теперь оба движущихся элемента, согласно заданию, должны отойти в исход-
ные положения: н. о контактом ПВ4 замкнем цепи катушек контакторов 1Н и 2Н.
8. Так как пути и скорости движения элементов Див могут быть различны,
движение каждого из них прекращается своим путевым переключателем. Цепи
катушек 1Н и 2Ц разрываются соответственно н. з. контактами путевых переключа-
телей ПВ1 и ПВЗ Для того чтобы эти движения не закончились преждевременно,
шунтируем н. о. контакты ПВ4 блок-контактами 1Н и 2Н, включенными параллельно
друг другу.
Составленную схему тщательно проверяют и вводят электриче-
ские блокировки, не допускающие одновременного включения тех
или иных цепей. Во многих случаях при составлении схемы путевой
электроавтоматики станка приходится применять более сложные
взаимоблокировки, не допускающие совмещения движений тех или
иных элементов станка.
Нужно иметь в виду, что схемы путевой электроавтоматики не
всегда обеспечивают нулевую защиту. Если, например, перерыв
в подаче напряжения произойдет в тот момент, когда один из путе-
вых переключателей схемы нажат и своим н. о. контактом замыкает
цепь катушки контактора, то после восстановления напряжения в сети
движение начнется самопроизвольно. Исключить это можно путем
применения схемы, представленной на фиг. НО, а.
Для приобретения навыка в составлении схем путевой электро-
автоматики целесообразно задаться иной последовательностью пере-
chipmaker.ru
184
Электрическая автоматизация станков
Автоматическое управление в функции пути 185
мещений, чем рассмотренная выше, и разработать схему для данного
случая. После этого следует составить ряд схем управления с боль-
шим числом движущихся элементов станка.
Во многих случаях в целях сокращения расхода энергии и повы-
шения безопасности работы на станке требуется отключение электро-
двигателя каждый раз, когда подвижной элемент станка, закончив
рабочий цикл, возвращается в исходное положение.
В тех случаях, когда вращательное или возвратно-поступатель-
ное движение указанного элемента осуществляется посредством ку-
Фиг. 142. Схема автоматического отключения электро-
двигателя в конце цикла.
лачка при вращении электродвигателя все время в одну сторону,
указанное выше отключение представляет некоторое затруднение.
Простое включение последовательно с кнопкой «Стоп» н. з. кон-
тактов путевого переключателя, нажимаемого в исходном положе-
нии, данной задачи решить не может. Этот переключатель, размыкая
цепь в исходном положении, не дал бы возможности включить ее
вновь нажатием на кнопку «Пуск».
Схема, представляющая простейшее решение данной задачи,
приведена на фиг. 142, а.
В згой схеме путевой переключатель IKB включен в цепь само-
блокировки контактора 1К- Такое включение дает возможность после-
дующего пуска, так как цепь кнопки П не разрывается. Действие
этой схемы находится, однако, в зависимости от продолжительности
нажатия кнопки П.
Более совершенной является схема, представленная нафиг. 142, б.
В исходном положении перемещаемого элемента станка путевые пе-
реключатели 1КВ и 1'КВ находятся в нажатом состоянии. При нажа-
тии кнопки П цепь катушки контактора ]К замыкается через н. з.
контакт промежуточного реле РП. Контакт самоблокировки 1К
позволяет прекратить нажатие кнопки П, не разрывая цепи катушки
контактора 1К. Подвижной элемент станка начинает перемещаться,
и упоры прекращают нажим на путевые выключатели 1КВ и Г КВ.
При этом путевые переключатели установлены так, что сначала замы-
кается и. з. контакт 1КВ, а затем уже н. з. контакт Г КВ. При замы-
кании последнего включается промежуточное реле РП, причем его
н. о. контакт осуществляет самоблокировку. Размыкание н. з. кон-
такта РП не вызывает отключения контактора /К, так как н. з.
контакт 1КВ уже замкнулся. После завершения установленного
цикла перемещений головка приходит в исходное положение. При
этом конечный переключатель 1КВ разрывает цепь катушки 1К-
После этого размыкается контакт самоблокировки 1К, промежуточ-
ное реле РП отключается, а его н. з. контакт РП вновь замы-
кается, чем обеспечивается возможность нового включения ка-
тушки /К.
Случай, подобный описанному выше, имеет место также при воз-
вратно-поступательном перемещении движущегося узла станка по-
средством гидропривода.
Электродвигатель, приводящий в движение гидронасос, при этом
вращается все время в одну сторону.
Системы точной остановки. Особое значение имеет вопрос о воз-
можной точности остановки движущихся элементов станков, произ-
водимой посредством путевых переключателей. Во многих случаях
это определяет точность изготовленной детали.
Пусть путевой переключатель отключает привод подачи станка,
когда заканчивается процесс резания. Точность полученного размера
детали зависит от: 1) устройства путевого выключателя; 2) степени
его изношенности; 3) состояния его контактов. 4) точности изготовле-
ния кулачка, воздействующего на путевой переключатель; 5) точ-
ности установки кулачка; 6) времени срабатывания аппаратов релей-
но-контакторного управления; 7) величины перемещения инструмен-
та, обусловленного силами инерции цепи подачи и силами трения;
8) недостаточно точного согласования исходных положений режу-
щего инструмента, измерительного инструмента и путевого переклю-
чателя (с вращающимся барабаном); 9) жесткости системы станок
приспособление — инструмент — деталь; 10) величины припуска
и свойств обрабатываемого материала.
Факторы /, 2, 3, 4 и 5 определяют погрешность обусловленную
неточностью в подаче командного импульса.
Факторы 6 и 7 определяют погрешность Д2 размера вследствие
неточности в исполнении команды.
Фактор 8 определяет погрешность Д3 согласования исходных поло-
жений режущего и измерительного инструментов и командного эле-
мента устройства.
Факторы 9 и 10 определяют погрешность Л4, возникающую в ка-
ждом станке вследствие упругих деформаций, определяемых силами
резания.
Суммарная погрешность Л в размере детали, контролируемом
путевым переключателем, определяется суммой четырех указанных
погрешностей:
Д = Aj -f- Д2 Д3 4- Д4
। chipmaker.ru
186 Электрическая автоматизация станков
|------------------------------------------------------------------------------
Для повышения точности обработки необходимо всемерное умень-
шение величины указанных выше погрешностей.
Одним из способов уменьшения погрешности Д, является повы-
шение точности срабатывания путевых переключателей и уменьше-
। ние величины хода их штока. Так, например, микропереключатели
отличаются большей точностью срабатывания, чем другие путевые
переключатели, применяемые в настоящее время в станкостроении.
Еще большая точность срабатывания может быть достигнута в слу-
I
чае применения электроконтактных головок, употребляемых для
контроля размеров деталей.
Точность установки кулачков, воздействующих на путевые пере-
ключатели, также может быть повышена путем использования микро-
метрических винтов, оптического визирования и т. д.
Погрешность Д2, как было указано, зависит в основном от пути,
пройденного режущим инструментом под действием сил инерции
цепи подачи.
Если путевой переключатель срабатывает под воздействием нажи-
мающего на него упора в некоторой точке 1 (фиг. 143, «), то отпадает
контактор (фиг. 136, б), на что требуется некоторое время, в течение
которого движущийся элемент станка продолжает перемещаться
с прежней скоростью на участке 1—2 (фиг. 143, а). Когда контактор
выключил электродвигатель, начинается замедленное движение
| системы по инерции; при этом система проходит путь 2—3.
Момент сопротивления /Иг в цепях подачи определяется в ос-
новном силами трения и является во время движения по инерции
примерно постоянным.
Кинетическая энергия системы при движении по инерции целиком
поглощается работой момента сопротивления Мс (отнесенного
Автоматическое управление в функции пути
187
к валу электродвигателя) на угловом пути ср, соответствующем дви-
жению системы по инерции:
(1з9>
отсюда
GD‘n4 ,,.п.
? 2Л1С ~ 7200Мс ' ( 4°)
Зная передаточные отношения кинематической цепи, нетрудно
определить величину линейного перемещения поступательно движу-
щегося элемента станка.
Момент сопротивления в цепях подачи, как было указано выше,
зависит от состояния трущихся поверхностей, количества, качества
и температуры смазки. Колебания этих переменных факторов вызы-
вают значительные колебания величины Мс, а следовательно, и пути
2—3. Управляемые путевыми переключателями контакторы тоже
имеют разброс значений времени срабатывания. Все это приводит
к разбросу положений точки конечной остановки 3.
Для увеличения точности остановки необходимо уменьшить путь
движения по инерции. Как следует из формулы (110), для этого
нужно уменьшить скорость движения, уменьшить маховой момент
системы и увеличить тормозящий момент.
Уменьшение рабочей подачи на металлорежущих станках нежела-
тельно, и поэтому большее значение приобретает использование
других средств сокращения погрешности Д,.
Так как основной составляющей махового момента цепи подачи
является маховой момент ротора электродвигателя, то при выклю-
чении электродвигателя ротор его целесообразно механически отде-
лить от остальной кинематической цепи. Эго производят посредством
кулачковой или фрикционной муфты 2, показанной на фиг. 143, б.
Для увеличения тормозящего момента применяют электрическое
и электромеханическое торможение.
Следует заметить, что при наличии ходового винта и указанной
выше муфты остановка происходит весьма быстро, так как ходовой
винт обладает ничтожным моментом инерции. Точность остановки
в этом случае доходит до 0,1 мм и определяется в основном вели-
чиной зазоров между отдельными элементами кинематической цепи.
Более высокая точность остановки может быть достигнута посред-
ством применения жестких упоров, прекращающих движение меха-
ническим путем.
На фиг. 143, б схематически представлена система точной оста-
новки с помощью так называемых низковольтных электро-
упоров. Движущийся элемент станка А встречает на свое.м пути
жесткий упор /. Головка этого упора изолирована от станины
станка, и при соприкосновении с нею элемента А замыкается цепь
188
Электрическая автоматизация станков
вторичной обмотки трансформатора Тр. При этом срабатывает вклю-
ченное в эту цепь промежуточное реле РП, которое производит вы-
ключение электродвигателя. Так как в данном случае станина станка
входит в электрическую цепь, то по соображениям безопасности на-
пряжение сети понижают посредством трансформатора Тр до 36 в
и ниже.
Недостатком описанной системы являются значительные усилия,
возникающие в частях системы при соприкосновении с жестким упо-
ром. Эти усилия можно уменьшить опять-таки путем установки фрик-
ционной муфты 2 (см. фиг. 143, б), отделяющей ротор двигателя с его
значительным маховым моментом от остальной кинематической цепи.
Известную трудность в описанном устройстве представляет под-
бор изолирующего материала, который должен быть достаточно твер-
дым, чтобы сохранить размер и вместе с тем выдерживать значитель-
ные ударные нагрузки упора /.
Указанных затруднений можно избежать, применяя простой жест-
кий механический упор и путевой переключатель, который отключает
электродвигатель на несколько долей миллиметра раньше, чем про-
исходит соприкосновение с упором. Движение до упора совершается
за счет инерции. При этом нужно иметь в виду, что так как силы
трения не являются постоянными, то при слишком раннем отклю-
чении электродвигателя путевым переключателем возможен недоход
до упора, а при позднем — сильный удар об упор. Несмотря на это,
устройства с путевым переключателем получили в настоящее время
большее распространение, чем система низковольтных упоров.
Для получения особо точных установочных перемещений приме-
няется фиксатор, управляемый посредством электромагнита
(фиг. 143, я). При больших скоростях установочных перемещений
во избежание удара, раньше чем сработает фиксатор, скорость при-
вода должна быть значительно снижена. В этом случае при дви-
жении стола А (фиг. 143, в) сначала срабатывает путевой переклю-
чатель / ПВ, который переключает электродвигатель на пониженную
скорость, с которой гнездо 1 подходит к фиксатору 2. При западании
фиксатора 2 путевой переключатель 2ПВ срабатывает и вызывает
отключение электродвигателя от сети. При включении катушки элек-
тромагнита 3 фиксатор выводится из гнезда.
Понижение скорости электродвигателя производится различными
путями. В частности, применяют специальные двухскоростные элек-
тродвигатели с отношением скоростей 6:1.
Следует заметить, что относительная сложность осуществления
точной остановки движущихся частей станка „средствами путевой
электроавтоматики заставляет в настоящее время широко применять
механические и гидравлические системы. Так, для обеспечения
точной остановки элементов цепей подачи наибольшее распростра-
нение получили гидравлические устройства, где легко достигаются
достаточно низкие скорости и где возможно длительное пребывание
работающей системы на жестком упоре.
Автоматическое управление в функции времени
189
Для обеспечения точной остановки при быстром повороте элемен-
тов станков используются общеизвестные передачи типа мальтий-
ского креста и фиксаторы.
§ 32. АВТОМАТИЧЕСКОЕ УПРАВЛЕНИЕ В ФУНКЦИИ ВРЕМЕНИ
Во время работы станка часто бывает необходимо иметь выдержку
времени определенной продолжительности между двумя последова-
тельными перемещениями. Такой случай может быть, например,
при работе токарного станка, когда требуется, остановив суппорт
в конце хода, задержать его в этом положении для обеспечения за-
чистки.
Здесь необходимо, кроме путевых переключателей, применить
также и другое средство электроавтоматики — реле времени.
Эго — аппарат, который через определенный промежуток времени
после подачи командного импульса замыкает или размыкает свои
контакты, предназначенные для работы в цепи управления.
Наряду с автоматизацией технологических процессов реле вре-
мени широко применяют для автоматизации процесса пуска электро-
двигателей.
В схемах электрификации станков применяется пневмати-
ческое реле времени, обеспечивающее выдержки времени
от 0,4 до 180 сек. На фиг. 144 представлен чертеж пневматиче-
ского реле времени типа РВП. При включении катушки электро-
магнита 1 (фиг. 144) втягивается его якорь 19. При этом механиче-
ски связанный с ним упор 12 опускается, и кэлэдка 13, подпираемая
упором 12, отталкивается пружиной 10 вниз. Движение колодки 13
вниз будет медленным вследствие наличия следующего устройства.
С колодкой 13 механически связан грибообразный поршень 3, \ креп-
ленный на конце штока 9. На верхней поверхности поршня 3 укреп-
лена резиновая мембрана 8. При опускании поршня 3 вниз над мем-
браной образуется разреженное пространство, в которое через отвер-
стие 15, суконный фильтр 14, отверстие 16 и канал с регулировочным
штифтом 4 постепенно проходит воздух из окружающей среды. После
достижения колодкой 13 крайнего нижнего положения упор 17
нажимает на рычаг 18, который передает воздействие па штифт 2
микропереключателя и вызывает его срабатывание. Таким образом,
отсчет времени реле начинается с момента включения электромаг-
нита посредством некоторого управляющего контакта схемы и закан-
чивается срабатыванием контактной системы реле.
Выдержку времени, обычно называемую уставкой реле, из-
меняют, посредством штифта 4 и гайки 5, регулирующих сечение
канала по которому наружный воздух проходит в полость, обра-
зующуюся над резиновой мембраной.
При отключении катушки электромагнита его якорь 19, упор 12,
колодка 13 и рычаг 18 под действием возвратной пружины 11 при-
ходят в первоначальное положение. Сжатый поршнем 3 воздух выхо-
190
Электрическая автоматизация станков
дит через клапан 6, прикрывающий отверстие 7. Нажим на штифт
микропереключателя при этом прекращается и его контакты также
возвращаются в исходное положение.
В системах электрооборудования станков применяется также
маятнико ое реле времени (типа РВМ-2) с электромагнитным при-
водом, которое может обеспечить выдержки времени от 2 до 10 сек.
по АВ
Фиг. 144. Пневматическое реле времени.
с точностью ±10% (фиг. 145). На фиг. 146 приведена схема, по-
ясняющая работу маятникового реле времени.
Когда в схеме замыкается некоторый управляющий контакт 1
(фиг. 146), включающий катушку 2, якорь реле 3 втягивается, при-
чем коленчатый рычаг 4 поворачивается на оси 5 по часовой стрелке
и сжимает пружину 6. При этом рычаг 7 также начинает поворачи-
ваться на осн 5 в том же направлении, так как его толкает сжатая
пружина 6. Косозубый сектор 8 при этом приводит во вращение
колесо 9, от которого посредством зубчатой передачи приводится во
вращение анкерное колесо 10. Оно поворачивается на один зуб при
каждом колебании маятника 11, вследствие чего скорость поворота
рычага 7 замедляется. Когда сектор 8 пройдет весь путь зацепления
с зубчатым колесом 9, рычаг 7 быстро повернется и произведет воздей-
ствие на контактную систему 12. Регулирование выдержки времени
Автоматическое управление в функции времени
191
производится путем изменения положения груза маятника 11, а также
изменением длины хода сектора 8 при помощи упорного винта 13.
При отключении катушки 2 рычаг 7 под действием силы тяжести
возвращается в исходное положение, причем сектор 8, несколько
поворачиваясь вокруг оси 14, отклоняется вверх. Это вызывает рас-
цепление сектора 8 с системой зубчатых колес, которая теперь неможет
мешать быстрому возвращению рычага 7 в первоначальное поло-
жение. Помимо контактов 12, срабатывающих с выдержкой времени,
маятниковое реле имеет также контакты 15, срабатывающие мгно-
венно при включении катушки. Маятниковое реле времени выпол-
няется с более мощной контактной системой, чем пневматическое.
На фиг. 147 представлена схема автоматизации пуска асинхрон-
ного короткозамкнутого двигателя с пусковым сопротивлением в ста-
торе. Подобная схема применяется в тех случаях, когда мощность
короткозамкнутого двигателя настолько велика, что возникает необ-
ходимость в ограничении толчка пускового тока. Значительное
уменьшение пускового момента, вызываемое примененным в данном
случае статорным реостатом, для привода главного движения в боль-
шинстве случаев значения не имеет, так как металлорежущие станки
пускают в ход вхолостую.
Действие схемы заключается в следующем. При нажатии на
кнопку П включается контактор Л, который своими главными контак-
r.ru
192
Электрическая автоматизация станков
Фиг. 146. Устройство маятнико-
вого реле времени.
тами включает электродвигатель через статорный реостат. Одновре-
менно блок-контакт Л, включенный параллельно кнопке П, обеспе-
чивает самопитание катушки контактора Л. Параллельно ка-
тушке Л включена катушка пневмати-
ческого или маятникового реле време-
ни РУ, которое в схемах автомати-
зации пуска называют реле ускорения.
По истечении выдержки времени н. о.
контакт РУ замыкается и включает
катушку контактора У, главные кон-
такты которого замыкают накоротко
сопротивления статорного реостата.
При нажиме на кнопку С контактор Л
отключается, вместе с ним отключается
и катушка реле времени РУ и, следо-
вательно, вновь вводится статорный
реостат.
Рассмотренная схема обеспечивает
не только облегчение управления пус-
ковым процессом, но и невозможность
пуска, вследствие недосмотра, электро-
двигателя без реостата, так как при
всяком отключении электродвигателя или при ненормальном по-
нижении напряжения сети оба контактора отпадают и, следовательно.
в схему электродвигателя вновь вводится полное сопротивление
пускового реостата.
На фиг. 148 приве-
дена схема пуска мощ-
ного асинхронного дви-
гателя с фазовым рото-
ром. В данном случае
роторный пусковой рео-
стат имеет две ступени,
сопротивления которых
замыкаются накоротко
через определенные
промежутки времени
контакторами 1У и 2У.
Выдержки времени
устанавливаются маят-
Фиг. 147. Автоматизация пуска короткозамкнутого
двигателя посредством реле времени.
никовыми реле, пристроенными к контакторам 1У и 2У.
Реле времени широко используется для автоматизации технологи-
ческих процессов обработки на металлорежущих станках.
Пусть, например, движущемуся элементу станка (см. фиг. 136, а)
необходимо по условиям технологического процесса обеспечить пере-
мещение из точки 1 в точку 2, остановку в точке 2 в течение некоторого
времени и лишь затем возврат в точку 1. Схема цепей управления,
Автоматическое управление в функции времени
193
обеспечивающая указанный никл перемещений, приведена на фиг. 149.
При нажатии на кнопку /7 включается контактор В, который, в свою
очередь, включает двигатель Д (см. фиг. 136, а). Движущийся эле*
мент А при этом начинает перемещаться к точке 2, где производит
посредством установленного на нем кулачка нажим на путевой пере-
ключатель ПВ2. Н. з. контакт этого переключателя разрывает цепь
катушки В (фиг. 149), вследствие чего происходит отключение элек-
тродвигателя и прекращение дальнейшего перемещения. Н. о. кон-
такт переключателя ПВ2 замыкает цепь катушки реле времени РВ.
Фиг. 148. Автоматизация пуска асин-
хронного двигателя с фазовым ротором.
Фиг. 149. Автоматизация
поступательного движения
с участием реле времени.
Пока механизм реле времени отрабатывает установленное время,
элемент А находится в положении 2\ по истечении выдержки времени
закроется н. о. контакт РВ и включается контактор Н\ двигатель
начинает вращаться в обратную сторону, а подвижной элемент А
отходит к точке 1. В положении / размыкается н. з. контакт путевого
переключателя ПВ1, и движение прекращается. Контакт реле вре-
мени РВ необходимо шунтировать контактом самоблокировки Н,
так как при отходе элемента А от положения 2 путевой переклю-
чатель ПВ2 не нажат и его н. о. контакт размыкается.
В схемах постоянного тока широкое распространение получили
электромагнитные реле времени. Нафиг. 150 схематически показано
устройство такого реле. Когда управляющий контакт УК разомкнут
через катушку реле протекает ток, и якорь реле притянут к его сер-
дечнику, как это показано на фиг. 150, а пунктиром. Для получения
выдержки времени необходимо замкнуть контакт УК- При этсм
магнитное поле катушки, образованное протекавшим через нее
током, исчезая, наводит в витках катушки э. д. с. самоиндукции, под
действием которой в замкнутом контуре, образованном катушкой
и замкнувшимся контактом УК, потечет ток. Этот ток будет за-
медлять уменьшение магнитного потока, в результате чего якорь
реле некоторое время удерживается в притянутом положении. Вели-
чина тока, протекающего в указанном выше контуре, непрерывно
13 Харизоменов 2890
chipmaker.ru
194
Электрическая автоматизация станков
Автоматическое управление в функции времени
Г95
уменьшается, и через некоторое время якорь реле под действием
собственного веса и сжатой пружины 1 отпадает, вызывая размыкание
одного и замыкание другого контакта. Уставка реле регулируется
путем изменения сжатия пружины 1 посредством гайки 2.
Для устранения возможности прилипания якоря к сердечнику
вследствие остаточного магнетизма к якорю прикрепляется тонкая
пластина из немагнитного материала, толщину которой можно
изменять, меняя тем самым магнитный поток системы при притяну-
том якоре. При этом также изменяется уставка реле. Чем толще
прокладка, тем меньше выдержка времени.
Фиг. 150. Электромагнитные реле времени.
Если в схеме замыкание катушки нежелательно, применяется элек-
тромагнитное реле с демпфером. Отличие этого реле от рассмотренного
выше заключается в том, что его катушка наматывается на толсто-
стенную медную трубку, служащую каркасом катушки. В случае
применения релес демпфером управляющий контакт УК включается
последовательно с катушкой (фиг. 150, б). При размыкании этого
контакта магнитный поток реле, исчезая, наводит в медной трубке
(демпфере) электродвижугщ юсилу. В трубке, представляющей собой
замкнутый контур, возникает при этом ток, удерживающий якорь
от отпадания. Ток в трубке будет затухающим, и при достаточном
его уменьшении якорь реле отпадает. Вследствие размагничивающего
действия демпфера время включения этого реле больше, чем у опи-
санного выше электромагнитного реле без демпфера.
Электромагнитные реле времени обеспечивают выдержки времени
до 5 12 сек., в зависимости от конструктивного исполнения.
В цепи переменного тока эти реле непосредственно включать
нельзя, так как величина тока катушки, а следовательно, и магнит-
ного потока системы в момент срабатывания управляющего контакта
может изменяться в широких пределах (и в частном случае равняться
нулю).
Применяется также питание электромагнитных реле времени от
сети переменного тока посредством селеновых выпрямитепей.
Нафиг. 151 представлена схема автоматизации пускового процесса
двигателя постоянного гока с параллельным возбуждением посред-
ством электромагнитных реле времени 1РУ и 2РУ, называемых
здесь также реле ускорения. Эти реле управляют контакторами
ускорения 1У и 2У. При включении схемы под напряжение посред
сгвом рубильника ток проходит через обмотку электромагнитного
реле времени 1РУ, якорь электродвигателя Л и две ступени пуско-
вого реостата Ri и Ri. Вследствие большого сопротивления ка-
тушки 1РУ ток в этой цепи весьма
мал и никакого действия на элек-
тродвигатель не оказывает. Реле
1РУ при этом включается и его
н. з. контакт размыкается. В об-
мотку электромагнитного реле
времени 2РУ, включенную парал-
лельно сопротивлению Ri, при
этом ответвляется настолько ма-
лый ток, что это реле включиться
не может.
Кроме того, при включении
рубильника ток протекает также
по обмотке возбуждения ОВ элек-
тродвигателя.
При нажатии кнопки П вклю-
чается линейный контактор Л. Ра-
бочий контакт контактора Л замы- фиг. 151. Автоматизация пуска дви
кает цепь якоря электродвигателя, гателя постоянного тока с параллель-
но которой при этом проходит пу- ныы возбуждением,
сковой ток значительной величины,
ограничиваемый двумя ступенями пускового реостата. Часть этого
тока ответвляется в катушку 2РУ, и реле притягивает свои якорь.
Так как теперь реле 2РУ сработало, то его н. з. контакт, включенный
в цепь катушки 2У, разомкнется. Одновременно с замыканием цепи
* якоря рабочий контакт контактора Л замыкает накоротко катушку
электромагнитного реле времени 1РУ. В цепи катушки и контакта Л
после этого некоторое время протекает ток, величина которого непре-
рывно убывает. Когда этот ток становится недостаточным для удер-
жания якоря в притянутом состоянии, якорь отпадает и замыкает
свой н. з. контакт 1РУ. При этом включается контактор 1У, глав-
ный контакт которого замыкает накоротко первую ступень пуско-
вого реостата /?! и одновременно закорачивает катушку второго
электромагнитного реле времени 2РУ. Реле отпадает с выдержке й^
времени и своими н. з. контактами включает контактор 2У. Главный
контакт этого контактора замыкает накоротко вторую ступень пуско-
вого реостата. На этом процесс пуска двигателя заканчивается.
Параллельно обмотке возбуждения ОВ присоединено разрядное
сопротивление PC, предохраняющее изоляцию обмотки от возмож-
13*
196
Электрическая автоматизация станков
ности ее повреждения в случае аварийного обрыва цепи возбужде-
ния. Это сопротивление выбирают в 4—5 раз большим собственного
сопротивления обмотки возбуждения.
В схемы двигателей параллельного возбуждения обычно вводят
реле, предотвращающее возможность недопустимого повышения
скорости вращения двигателя при обрыве цепи его возбуждения.
Действие и включение этого реле рассматриваются ниже.
Фиг. 152. Моторное реле времени.'
Помимо описанных, в станкостроении применяют также мотор-
ное реле времени (типа РВ) с синхронным электрическим двигателем
(фиг. 152). Действие этого реле заключается в следующем. При вклю-
чении в сеть переменного тока электромагнита / посредством системы
рычагов поворачиваются коромысло 16 и толкатель 2. При этом
рычаги 11 под действием пружин 15 и 17 прижимаются к поворотной
Гребенке 10, а толкатель 2 включает фрикционную муфту 3, которая
сцепляет ось 18 с большим зубчатым колесом 20. Одновременно с элек-
тромагнитом 1 включается маломощный синхронный двигатель 14,
снабженный встроенным червячным редуктором. Ось 18 при этом через
посредство зубчатых колес 4 и 20 поворачивается, начинает
Автоматическое управление в функции времени
197
закручивать пружину 12 и поворачивать кулачок 8. При повороте
на определенный угол кулачок 8 своим выступом нажимает на рычаг 9
и этот рычаг поворачивает гребенку 10. Рычаги 11 имеют глубокие
пазы и, когда гребенка 10 при своем повороте доходит до этих пазов,
рычаги 11 проваливаются, причем происходит замыкание одного
и размыкание другого контакта. Последний контакт отключает син-
хронный двигатель 14 от сети. Когда цепь электромагнита разры-
вается, пружина 13 через ту же систему вспомогательных рычагов
опять поднимает рычаги 11 над гребенкой 10, фрикционная муфта 3
отключается и пружи-
на 12 поворачивает
ось 18 в обратную сто-
рону до тех пор, пока
шпилька 5 кулачка 8 не
упрется в упор 6. Та-
ким образом, реле ока-
зывается возвращенным
в исходное положение.
Вращая . шкалу 7 при
помощи рукоятки 19,
можно изменять поло-
жение упора 6, а сле-
довательно, и угол по-
Фиг. 153. Электронное реле времени.
ворота оси 18.
Рассматриваемое реле времени в различных исполнениях допу-
скает уставки от 1,5 сек. до 3,5 часа.
В тех случаях, когда требуется большое число включений, при-
меняют электронные реле времени.
На фиг. 153 представлена схема электронного стабилизирован-
ного реле времени (типа РВЭ-4).
Работает это реле следующим образом.
Когда управляющий контакт УК разомкнут, напряжение между
точками а и б оказывается приложенным к цепи, в которую после-
довательно включены катод 2 электронной лампы, включенный после-
довательно с сопротивлением R5, и управляющая сетка 3, включен-
ная последовательно с сопротивлениями 7?j. и R2 (частью). Элек-
тронная лампа получает накал от отдельной обмотки Т2 стабили-
зирующего трансформатора и работает при этом как выпрямитель
(диод), причем функции анода в данном случае выполняет сетка 3.
Каждые полпериода, когда сетка 3 оказывается положительной
относительно катода 2, электроны, выходящие из катода, будут попа-
дать на сетку и через сопротивление Ri будет проходить ток. Напря-
жением между концами этого сопротивления будет заряжаться кон-
денсатор Ci, причем его обкладка, соединенная с сеткой 3, будет
заряжаться отрицательно. По мере нарастания заряда конденсатора
отрицательный потенциал сетки 3 будет увеличиваться, а ток в цепи
сетки — уменьшаться. В дальнейшем в цепи сетки лампы устанавли-;
chipmaker.ru
IPS Электрическая автоматизация станков
вается лишь небольшой ток, обусловленный медленным разрядом
конденсатора С\ на большое сопротивление Ri.
В анодной цепи электронной лампы при разомкнутом управляю-
щем контакте УК ток протекать не может.
При замыкании управляющего контакта УК катод лампы непо-
средственно присоединяется к точке в и к цепи анода лампы при-
кладывается напряжение между точками а и в. Заряженный конден-
сатор теперь присоединяется левой обкладкой к катоду лампы,
вследствие чего сетка, присоединенная к правой обкладке того же
конденсатора, оказывается заряженной относительно катода отри-
цательно. Поэтому ток в анодной цепи лампы протекать не может.
По мере разрядки конденсатора С\ на сопротивление Ri разность
потенциалов между сеткой и катодом лампы уменьшается, ток
в катушке промежуточного реле РП при этом возрастает и при неко-
тором значении этого тока реле РП срабатывает. Ток в катушке
реле РП при этом резко возрастает, так как своим н. о. контактом
реле РП присоединяет сетку к катоду через небольшое сопротивле-
ние Rt. Это повышает надежность работы промежуточного реле РП.
Другие н. о. и н. з. контакты реле производят замыкание или размы-
кание тех или иных цепей управления.
С целью предотвращения вибраций реле РП, питаемого пуль-
сирующим током, параллельно катушке его включен конденсатор С2,
который разряжаечся на катушку в периоды отсутствия анодного
тока.
Так как ток в анодной цепи электронных ламп относительно мал,
то в ламповых схемах, подобных рассмотренной, обычно применяют
специальные промежуточные реле (обычно кодовые или телефонные).
Уставку электронного реле времени можно регулировать
путем изменения величины дополнительного напряжения, снимаемого
с потенциометра Т?2 и подводимого к сетке электронной лампы.
Это напряжение алгебраически складывается с напряжением, при-
ложенным к сопротивлению Ri.
Электронное реле времени в различных исполнениях допускает
выдержки времени от 1,5 до 180 сек.
В целях повышения точности срабатывания электронного реле
времени необходима стабилизация напряжения питающего реле.
Для этой цели используется 'феррорезонансный стабилизатор СТ.
§ 33. АВТОМАТИЧЕСКОЕ УПРАВЛЕНИЕ В ФУНКЦИИ СКОРОСТИ
Командным аппаратом в системах автоматического управления
в функции скорости является реле контроля скорости.
В настоящее время в отечественном станкостроении наиболее
часто применяется индукционное реле контроля скорости типа РКС
(фиг. 154, а). Валик 1 реле связывается с валом электродвигателя,
скорость которого необходимо контролировать. На этом валике
закрепляется постоянный магнит 2, выполненный из специального
Автоматическое управление в функции скорости
199
Крышка снята
Фиг 154. Индукционное реле скорости.
r.ru
200
Электрическая автоматизация станков
железоникелевого сплава и имеющий форму цилиндра. На том же
валике / на отдельных подшипниках устанавливается кольцо 3,
несущее на внутренней своей поверхности обмотку 4, аналогичную
обмотке ротора короткозамкнутого асинхронного двигателя.
При вращении магнита в стержнях обмотки 4 наводится э. д. с.
и появляется ток, в результате чего кольцо <3 повернется в сторону
вращения магнита, точно так же как ротор асинхронного двигателя
начинает вращаться вслед за полем. При повороте кольца 3 толка-
тель 5 в зависимости от направления вращения вала электродвигателя
Фиг. 155.
Торможение
противовключением
версивного привода.
посредством специального поводка
воздействует на кон-
тактнуюсистему 6 или 7.
При приближении ско-
рости двигателя к нулю
толкатель 5 перестает
нажимать на контакт-
ные пружины 8 или 9,
и контактная система
приходит в нормальное
положение.
На фиг. 154, б пред-
ставлена конструкция
этого реле скорости.
С валом электродви-
гателя реле соединяется
шайбой. Реле
нере-
с эластичной
предназначено для работы со скоростью вращения от 930 до
3000 об/мин.
Наиболее широкое применение в станкостроении реле скорости
получило в схемах торможения противовключением асинхронных
двигателей.
На фиг. 155 представлена схема кнопочного нереверсивного управ-
ления асинхронным двигателем с торможением противовключением
посредством описанного реле скорости. При нажатии кнопки П сра-
батывает рабочий контактор КР, который своими главными контак-
тами включает электродвигатель; н. о. блок-контактом КР обеспе-
чивается самоблокировка. Н. з. блок-контакт КР, включенный
в цепь катушки тормозного контактора КТ, при этом размыкается.
Когда электродвигатель приобретает некоторую небольшую скорость
вращения, н. о. контакт реле скорости РКС замыкается, что, однако,
не вызывает включения катушки КТ, так как цепь ее разорвана н. з.
контактом контактора КР. В таком положении схема находится
в процессе работы станка. После нажатия кнопки С контактор КР
отпадает и своими главными контактами отключает двигатель от
сети. Н. з. блок-контакт КР при этом замыкается, и включается тор-
мозной контактор КТ. Главные контакты контактора КТ включают
электродвигатель на реверс, в силу чего его магнитное поле начи-
нает вращаться в обратную сторону. Происходит торможение элек-
Автоматическое управление в функции скорости
201
тродвигателя противовключением. При снижении скорости до опре-
деленной малой величины контакты реле контроля скорости РКС
размыкаются, и электродвигатель отключается от сети.
Следует заметить, что условия работы контактора КТ в данной
схеме являются более тяжелыми, чем условия работы контактора КР.
Это объясняется тем, что контактор КТ размыкает цепь электро-
двигателя при скорости, близкой к нулю, когда ток двигателя весьма
велик. Поэтому контактор КТ приходится выбирать большей вели-
чины, чем контактор КР.
Фиг. 156. Торможение противовключением реверсивного привода.
Тормозной момент и ток двигателя можно регулировать сопротив-
лениями в цепи тормозного контактора, как показано на фиг. 155
пунктиром.
На фиг. 156 представлена схема реверсивного управления асин-
хронным короткозамкнутым двигателем с торможением противовклю-
чением посредством описанного выше индукционного реле скорости.
При нажатии кнопки В замыкается цепь катушки контактора КВ,
который своими главными контактами включает электродвигатель
в сеть. Как только двигатель начнет вращаться, н. о. контакт РСВ
реле скорости замкнется, а н. з. контакт РСВ разомкнется. Сраба-
тывание контактора КН при замыкании н. о. контактов РСВ прои-
зойти, однако, не может, так как при включении контактора КВ
разомкнулся его н. з. контакт в цепи катушки КН. В таком поло-
жении остаются контакты схемы при работе станка. Когда нажимают
на кнопку С, контактор КВ отключает электродвигатель от сети,
а своим н. з. блок-коптактом замыкает цепь катушки контактора КН.
Он включается и своими рабочими контактами включает электродви-
гатель на вращение в обратную сторону. Двигатель быстро заторма-
живается. При снижении скорости до определенной малой величины
реле размыкает свой н. о. контакт РСВ. Контактор КН отпадает
и отключает электродвигатель от сети.
При нажатии кнопки Н действие схемы аналогично описанному
выше. При этом роль тормозного контактора будет играть контак-
202
Электрическая автоматизация станков
тор КВ, а управлять процессом торможения будут контакты РСН
реле скорости.
Наряду с индукционным реле в станкостроении для автоматиче-
ского управления в функции скорости находит применение тахогене-
ратор. Вал тахогенератора сцепляют с валом, скорость которого
необходимо контролировать (фиг. 157).
Промежуточное реле ПР, присоединенное к тахогенератору Т,
будет срабатывать при определенной скорости вращения вала,
к которому присоединен тахогенератор. Изменяя величину сопро-
тивления /?1, включен-
ного последовательно с
катушкой промежуточ-
ного реле, можно уста-
новить ту скорость вра-
щения, при которой
желательно срабатыва-
ние промежуточного
реле.
Наряду с электроавтоматикой тахогенератор используют для
целей измерения. Если к зажимам тахогенератора присоединить
вольтметр, его показания будут пропорциональны скорости вра-
щения вала тахогенератора. Падением напряжения в обмотке якоря
Фиг. 157. Тахометрический генератор.
тахогенератора вследствие незначительности тока вольтметра можно
пренебречь. Изменяя величину сопротивления, включенного последо-
вательно с прибором, можно изменять предел измерения скоростей
вращения.
Применяя переключатель, можно посредством одного измери-
тельного прибора измерять скорости вращения нескольких валов
станка. Измерительный прибор может быть удален от тахогенера-
тора и расположен там, где это наиболее удобно для наблюдения
за его показаниями.
Дистанционное измерение скорости вращения имеет особое зна-
чение в области тяжелого станкостроения, где размеры станков
и их элементов затрудняют применение обычных центробежных тахо-
метров. На таких станках нередко применяют несколько электрота-
хометров, измеряющих скорости вращения разных валов. Измери-
тельные приборы могут быть при этом расположены рядом (на-
пример, на пульте), что облегчает обслуживание станка. В связи
с расширением применения на металлорежущих станках бесступен-
чатого регулирования скорости, дистанционное измерение скорости
приобретает в настоящее время особенно большое значение.
§ 34. АВТОМАТИЧЕСКОЕ УПРАВЛЕНИЕ В ФУНКЦИИ НАГРУЗКИ
При электрификации металлорежущих станков во многих слу-
чаях необходим контроль усилий, возникающих в тех или иных ча-
стях системы. К механизмам, в которых необходимо осуществить
такого рода контроль, в первую очередь относятся различные зажим-
Автоматическое управление в функции нагрузки
203
ные устройства, как, например, электропатроны для закрепления
обрабатываемых деталей, механизмы закрепления колонны у ради1ль-
но-сверлильных станков, поперечин у продольно-строгальных и круп-
ных карусельных станков, бабок у колесно-токарных станков и пр.
Из перечисленных зажимных механизмов электрические патроны
для зажима обрабатываемой детали приобретают в настоящее время
особенно большое значение. В связи с широким распространением
скоростных методов обработки металлов возникают повышенные
требования к зажимным устройствам в отношении величины зажим-
Фиг. 158. Кинематическая схема электропатропа.
ного усилия, сокращения времени зажима и разжима и облегчения
пользования зажимным устройством.
Одним из наиболее распространенных методов контроля усилия
в электропатронах является контроль посредством некоторого эче-
мента, перемещающегося под действием приложенного усилия и воз-
действующего при определенном перемещении на путевой переклю-
чатель. Примерная кинематическая схема одного из электропатронов
с таким устройством приведена на фиг. 158.
Зажим приводится в действие при помощи электродвигателя 1, ко-
торый вращает червяк 2, приводящий в движение червячное колесо 3.
С червячным колесом 3 связана кулачковая муфта 4. вторая поло-
вина которой сидит на скользящей шпонке на валу 5. При включе-
нии электромагнита 6 муфта 4 включается, и вал 5 начинает вра-
щаться. При этом вращается и кулачковая муфта 7, находящаяся
во включенном состоянии, которая передает вращение гайке 8.
Последняя сообщает тяге 9 поступательное движение, что и вызы-
вает, в зависимости от направления вращения электродвигателя /,
сближение или расхождение кулачков 12.
При сжатии кулачками детали электродвигатель 1 начинает
передавать гайке 8 все больший и больший момент. Муфта 7 имеет
скошенные кулачки, и при достижении передаваемым ею моментом
определенного значения подвижная половина муфты отожмется влево
и сожмет пружину 10; при этом сработает путевой переключатель 11,
посредством которого электродвигатель 1 отключится от сети. Сила
зажима заготовки определяется величиной предварительного сжатия
пружины 10.
chipmaker.ru
204
Электрическая автоматизация станков
Контроль усилия в зажимных устройствах может быть произ-
веден также и путем использования реле тока, представляю-
щего собой электромагнитное реле, катушка которого включается
последовательно в цепь, величину тока которой необходимо контро-
лировать.
В рассматриваемых зажимных устройствах по мере увеличения
зажимного усилия возрастает момент сопротивления на валу элек-
тродвигателя, а следовательно, и потребляемый ток. Зажим прекра-
щается, как только ток дойдет до величины, соответствующей уставке
токового реле и требуемому зажимному усилию.
Фиг. 159. Автоматизация зажима посредством реле тока.
На фиг. 159 представлена электрическая схема автоматизации
процесса зажима посредством реле тока. В исходном положении
путевой переключатель ПВ1 нажат и его н. о. контакт замкнут.
При нажатии кнопки 3 („Зажим"} через замкнутый контакт путе-
вого переключателя ПВ1 замыкается цепь катушки 1К- Контактор 1К
включает электродвигатель в сеть, причем через катушку реле
тока РТ, включенного в левый линейный провод Ль проходит весь
пусковой ток электродвигателя. Реле тока при этом срабатывает
и раскрывает свой н. з. контакт РТ в цепи управления. Выключения
контактора 1К при этом, однако, не происходит, так как замкнут
контакт ПВ1. Подвижной элемент зажимного устройства начинает
перемещаться, электродвигатель разгоняется, пусковой ток спадает,
и н. з. контакт РТ замыкается. Путевой переключатель ПВ1, бла-
годаря удлиненной форме примененного в данном случае кулачка,
укрепленного на подвижном элементе, остается нажатым в течение
времени спадания пускового тока. Затем он освобождается и питание
катушки /Д, поскольку кнопка 3 уже отпущена, будет происходить
через блок-контакт самоблокировки 1К, контакт РТ и второй замкну-
тый контакт /Д.
По мере перемещения подвижного элемента и увеличения зажим-
ного усилия ток, потребляемый электродвигателем, возрастает и при
Автоматическое управление в функции нагрузки
205
некотором его значении, соответствующем определенному усилию
зажима, реле тока РТ срабатывает, разрывая своими контактами РТ
цепь катушки 1К- Электродвигатель при этом отключается от сети,
и движение прекращается.
При нажатии на кнопку О („Отжим") включается контактор 2К,
и электродвигатель начинает вращаться в обратную сторону. При
отводе в крайнее исходное положение путевой выключатель ПВГ
размыкает свой н. з. контакт и выключает контактор 2К.
Продолжительность нажатия на кнопку 3 на работу данной схемы
влияния не оказывает. В случае отпуска кнопки 3 раньше, чем спа-
дает пусковой ток, или в случае слишком длительного нажима на эту
кнопку никакой аварии не возникает. Если же н. о. контакт ПВ1
разомкнется раньше, чем спадет пусковой ток, контактор 1К выклю-
чается. Ввиду того что последовательно с контактом РТ включен
н. о. контакт 1К. включить его новым нажимом на кнопку 3 невоз-
можно. Предварительно необходимо нажать кнопку О и отвести
движущийся элемент в исходное положение. Путевой переклю-
чатель ПВГ в данном случае нажат только в крайнем исходном поло-
жении.
Схемы, подобные описанной, применяют для управления электро-
патронами, электроключами к механическим патронам, устройствами
для зажима колонн радиально-сверлильных станков, поперечин
продольно-строгальных и карусельных станков и т. п.
Значительный интерес представляет использование для зажима
заготовки в кулачковом патроне токарных станков непосредственно
привода главного движения станка. Действие таких заж> мных
устройств основано на затормаживании патрона посредством коло
дочного тормоза, управляемого электромагнитом.
Если, затормозив патрон, включить электродвигатель, вращаю-
щий шпиндель, который жестко связан с улиткой патрона то кулачки
будут сходиться или расходиться в зависимости от напрагления
вращения электродвигателя. Контроль усилия зажатия может быть
осуществлен при помощи реле тока. В отдельных случаях может быть
применено и реле контроля скорости, отключающее электродвига-
тель при снижении его скорости под действием перегрузки, возни-
кающей при зажиме. После зажима заготовки электромагнит отклю-
чается, и пружина отводит тормозную колодку. П .трон будет при
этом свободно вращаться. Освобождение заготовки после обработки
производится путем нового включения электромагнита и реверса
электродвигателя.
Следует заметить, что у станков общего назначения зажимное
усилие, обеспечиваемое описанной системой, будет различным вслед-
ствие изменения кинематической схемы при работе на различных
скоростях вращения шпинделя. По мере увеличения скорости вра-
щения шпинделя момент на шпинделе при данном токе двигателя
будет уменьшаться. Вместе с этим будет уменьшаться и зажимное
усилие. По этой причине зажим заготовки посредством электродви-
206
Электрическая автоматизация станков
Фиг 160. Автоматизация разгона двигателя
постоянного тока посредством реле тока.
гателя, вращающего шпиндель, в отечественном станкостроении
нашел применение лишь в отдельных случаях и на специализирован-
ных станках.
Реле тока применяют также в схемах автоматизации процесса
разгона свыше основной скорости электродвигателей постоян-
ного тока параллельного возбуждения.
На фиг. 160 представлена в несколько упрощенном виде схема,
в которой реле тока управляет процессом разгона электродвигателя
при скоростях, превышаю-
щих основную. При включе-
нии контактора В (или Н)
ток в обмотке возбужде-
ния ОВГ генератора Г начи-
нает нарастать, причем
вследствие значительной ин-
дуктивности обмотки ОВГ
нарастание тока происходит
постепенно. В соответствии
с увеличением магнитного
потока генератора Г напря-
жение на его зажимах по-
степенно возрастает и ско-
рость электродвигателя Д
также постепенно увеличи-
вается. Во время разгона до
номинальной скорости элек-
тродвигатель Д имеет полное
возбуждение, так как рео-
стат возбуждения РВ замк-
нут накоротко н. з. контак-
тами реле напряжения Р.
При повышении напряжения
генератора до номинального
значения срабатывает реле Р и размыкает свой н. з. контакт.
При этом в цепь обмотки ОВД возбуждения двигателя вводится рео-
стат, магнитный поток уменьшается и ток в цепи якоря двигателя
возрастает. При увеличении тока до определенного значения кон-
такт реле тока РУ, также называемого в таких схемах реле уско-
рения, включается и замыкает н. о. контакт РУ, который замы-
кает накоротко реостат РВ. После этого ток двигателя уменьшается
и реле РУ отключается вновь, что вызывает новое увеличение тока
в якоре двигателя. Далее этот процесс повторяется. Процесс за-
канчивается, когда скорость вращения электродвигателя доходит
до величины, соответствующей сопротивлению, установленному
на геостате РВ.
Помимо последовательной обмотки, реле РУ имеет параллель-
ную обм.тку, поток которой направлен против потока последова-
Электро-гидравлическая автоматизация станков 207
тельной обмотки Изменяя сопротивления /?1, можно изменять ток
якоря, при котором срабатывает реле РУ. Реле РУ имеет также
искрогасительную обмотку, включенную последовательно с доба-
вочным сопротивлением /?2.
Последовательно с обмоткой возбуждения двигателя ОВД вклю-
чено еще одно реле тока РНТ. При разрыве цепи возбуждения
двигателя в случае аварии контакт этого реле отключает контакторы В
или Н от сети. Этим предотвращается недопустимое повышение ско-
рости вращения электродвигателя Д.
В данной схеме генератор Г не только питает двигатель Д постоян-
ным током, но и обеспечивает автоматический пуск электродвига-
теля без применения пускового реостата.
Регулирование скорости вращения двигателя в данном случае
осуществляется лишь путем изменения магнитного потока.
§ 35. ЭЛЕКТРО-ГИДРАВЛИЧЕСКАЯ АВТОМАТИЗАЦИЯ СТАНКОВ
Гидравлический привод для поступательного движения узлов
металлорежущих станков имеет многочисленные достоинства. К их
числу можно отнести простоту гидропривода, его надежность, воз-
можность бесступенчатого регулирования скорости, получения зна-
чительных усилий, а также произвольно долгого пребывания дви-
жущегося узла станка прижатым к жесткому упору с требуемым
усилием.
Основным органом управления в системах гидравлического при-
вода является золотник. Каждому положению золотника соответ-
ствует определенное действие привода. Перемещать золотник из од-
ного положения в другое можно вручную, посредством электромаг-
нитов, включаемых, например, кнопками, или же посредством
упоров, расположенных на пути движущегося узла станка.
В первом случае золотник является аппаратом ручного управле-
ния, во втором —дистанционного и в третьем —аппаратом автома-
тического управления в функции пути.
Золотник, на который воздействуют кулачки (так называемые
гидроупоры), может обеспечить те же циклы перемещений, что и путе-
вые переключатели. В ряде случаев гидравлическое управление
в функции пути заменяет электрическое (например, на некоторых
шлифовальных станках).
Так как выполнение связей между аппаратами посредством рыча-
гов и маслопроводов является значительно более сложным, чем
выполнение этих связей с помощью электрических проводов, зна-
чительное распространение в станкостроении получило электро-
гидравлическое управление. При таком управлении
золотники перемещаются посредством электромагнитов, которыми
управляют путевые переключатели и другая аппаратура электри-
ческой автоматизации станков.
На фиг. 161 представлен золотник, обеспечивающий движение
вперед, остановку и движение назад. Золотник управляется двумя
chipmaker.ru
208
Электрическая автоматизация станков
Электро-гидравлическая автоматизация станКОп
209
заключенными в кожухи электромагнитами, которые могут его сме-
щать вправо или влево. При выключении электромагнитов пружины
устанавливают электромагнит в среднее положение, и движение
прекращается.
Для перемещения штока золотника с двумя положениями при-
меняют либо два электромагнита, либо электромагнит и проти-
водействующую пружину, возвращающую золотник в исходное
положение при отключении электромагнита. При перемещении зо-
лотником двумя электромагнитами их можно после срабатывания
отключать.
При наличии в системе нескольких золотников, управляемых
электромагнитами, каждому движению соответствует определенное
Фиг. 161. Реверсивный золотник с управлением от электромагнитов.
сочетание положений золотников. Таким образом, управление элек-
тро-гидравлической системой сводится к обеспечению включения
электромагнитов в определенных сочетаниях.
Одним из наиболее распространенных примеров использования
электро-гидравлического управления являются гидравлические
самодействующие силовые головки, используемые в качестве
основных узлов агрегатных станков.
Самодействующая силовая головка представляет собой ком-
плекс, включающий привод вращения шпинделей, установленных
в присоединяемой к силовой головке шпиндельной коробке, и при-
вод подачи головки.
Разнообразная компоновка стандартных узлов агрегатных стан-
ков с применением небольшого числа специальных элементов позво-
ляет создавать специальные станки самого различного назначения:
сверлильные, расточные, фрезерные, шлифовальные и т. д. Станки
могут быть горизонтальными, вертикальными, одно-, двух- и трех-
сторонними и т. д.; число шпинделей доходит до нескольких десятков.
На фиг. 162 представлен разрез одностороннего горизонтально-
сверлильного агрегатного станка. На станке установлена самодей-
ствующая силовая гол,овка с гидравлической подачей. Такие сило-
вые головки являются наиболее распространенными.
Как видно из чертежа, короткозамкнутый асинхронный двига-
тель 1 приводит во вращение приводной вал 2 головки, связанный
со шпинделями 3, расположенными в шпиндельной коробке 4. С при-
водным валом посредством зубчатых колес связан вал насоса 5
гидроподачи. От насоса масло подается в гидропанель 6, представ-
ляющую собой механизм распределения масла. От гидропанели масл0
в зависимости от распределения поступает в переднюю или зад11ЮЮ
полость цилиндра 7.
Главный золотник 1 гидропанели (фиг. 163) под действием пру-
жины 3 прижимается к фиксатору 4. В зависимости от того, в какую
ступень правого конца золотника 1 упирается фиксатор 4, система
гидроподачи осуществляет: быстрый подвод головки, первую и вто-
рую рабочие подачи, быстрый отвод. Переход с одной ступени на
Фиг. 162. Разрез одностороннего горизонтально-сверлильного агрегатного станка
другую происходит вследствие постепенного подъема фиксатора 4
кулачками разной высоты, воздействующими на ролик 11 рычага 10.
В конце цикла включается электромагнит 9 и поднимает фикса-
тор 4. Золотник 1 при этом смещается в крайнее правое положение,
чем обеспечивается остановка головки. При включении электромаг-
нита 7 передвигается так называемый пусковой золотник 6; при этом
под давлением масла золотник 1 вновь смещается в крайнее левое
положение. Поворачивая рычаг 5 вокруг оси 2, золотник 1 можно
также перемещать вручную. Маслопроводы 12—17 соединяют гидро-
панель с насосом, цилиндром и механизмом регулирования.
Полная гидросхема подробно описана в специальной литературе
[141 и потому здесь не рассматривается.
Описанная гидропанель используется и при необходимости лишь
одной рабочей подачи. В этом случае одно из положений золотника 1
не используется.
Наряду с рассмотренным выше устройством в станкостроении
широко применяются гидропанели, в которых управление посред-
ством гидроупоров не используется и все изменения положения
14 Харизоменов 2890
chipmaker.ru
210
Электрическая автоматизация станков
чен — оыстрыи подвод; z; первый и
/5 16 П 11
Фиг. 163. Гидропанель с управлением по-
средством электромагнитов
золотников осуществляются электромагнитами. Гидропанели такого
рода, имеющие тот же цикл перемещений, что и устройство, пред-
ставленное на фиг. 163, имеют обычно три золотника, управляемые
тремя электромагнитами.
При этом обычно обеспечивается следующий порядок включе-
ний: 1) электромагниты первый и второй включены, третий выклю-
третий включены, второй вы-
ключен — первая рабочая
подача; 3) первый включен,
второй и третий выклю-
чены — вторая рабочая по-
дача; 4) второй включен,
первый и третий выклю-
чены — быстрый отвод и
5) все выключены — оста-
новка.
Для управления электро-
магнитами используют путе-
вые переключатели и реле
времени, в зависимости от
цикла, который необходимо
осуществить.
Для приведения в дей-
ствие гидроприводов переме-
щения и зажатия детали пе-
ред началом ее обработки
применяют специальные
гидропанели, обычно управляемые двумя электромагнитами. Кон-
троль усилия зажатия производится посредством специальных пере-
грузочных клапанов, допускающих регулирование по показаниям
манометров. При этом гидравлические устройства могут обеспечить
усилие отжатия, превышающее зажимное усилие. Во многих зажим-
ных устройствах это необходимо в целях преодоления заклинивания.
В тех случаях, когда при достижении определенного усилия
необходимо замкнуть или разомкнуть те или иные цепи управле-
ния, применяют реле давления.
На фиг. 164 представлено реле давления, предназначенное для ра-
боты в гидросистемах станков с давлениями в пределах 5—65 кг/см?.
При повышении давления масла в трубке / выгибается мембрана 2,
сделанная из маслостойкой резины. Пружина 3 при этом сжимается,
а рычаг 4, поворачиваясь вокруг оси, нажимает на шток микропере-
ключателя 5. Изменение уставки реле производится путем регули-
рования степени сжатия пружины 3 посредством гайки 6.
При установке на станке нескольких самодействующих головок
приходится обеспечивать возможность совместной и раздельной их
работы, так как последняя нужна для наладки каждой головки
в отдельности. На фиг. 165 представлена схема такого управления
Электро-гидравлическая автоматизация станков
211
тремя самодействующими гидравлическими головками'. Головки
имеют электродвигатели, вращающие шпиндели и гидронасосы. Дви-
гатели включаются контакторами //(, 2К и ЗК- Величины переме-
щений ограничиваются упорами (после чего масло перетекает через
перегрузочный клапан). В исходном положении головок все путевые
переключатели нажаты. Головки начинают движение одновременно,
но не одновременно возвращаются в исходное положение. Поэтому
при пуске н. з. контакт РП будет
зашунтирован н. з. контактом путе-
вого переключателя головки, дви-
нувшейся первой (например, 1 КВ).
Фиг. 164. Реле давления.
Фиг. 165. Схема управления тремя агрегат-
ными головками.
Другой путевой переключатель этой же головки, например, \КВ,
несколько позже замыкает цепь катушки РП. Замыкание н. з. кон-
тактов путевых переключателей других головок после этого не бу-
дет оказывать влияния на работу схемы. При возврате головок
в исходное положение движение прекращается при нажатии путе-
вого переключателя последней возвратившейся головки, н. з. кон-
такт которого размыкает цепи катушек контакторов IK, 2К и ЗК.
Размыкание всех контактов самоблокировки этих контакторов вызы-
вает отключение промежуточного реле РП.
Посредством пакетных переключателей 1ПК, 2ПК и ЗПК головки
можно включать вместе или раздельно, что необходимо при наладке.
Средства путевого контроля широко используются при элек-
трической автоматизации технологических процессов. На фиг. 1G6
представлена схема.электрической автоматизации процесса встреч-
ного сверления сквозного отверстия с помощью двух самодействую-
щих сверлильных головок (двигатели головок не показаны). Такой
способ сверления (фиг. 166, а) характеризуется наличием опасной
зоны 3—4, в которой возможно столкновение сверл. Эго столкно-
14*
212
Электрическая автоматизация станков
вение предотвращается тем, что при подходе конца сверла к точке 3
головка А останавливается и включается вновь для окончания свер-
ления лишь тогда, когда головка Б, закончив сверление в точке 4,
вернется в исходное положение.
Действие схемы заключается в следующем. Путевые переклю-
чатели 1КВ и Г КВ нажаты, когда конец сверла головки А находится
в точке /; переключатели 2КВ и 2'КВ нажаты, когда конец сверла
головки Б находится в точке 2. Эти точки являются исходными точ-
ками движения сверл. При нажатии кнопки П (фиг. 166, б) вклю-
чается промежуточное реле 1РП. Его
н. о. контакт осуществляет самоблоки-
ровку и замыкает цепи катушек кон-
такторов 1К и 2К, включающих дви-
гатели обеих головок А и Б. При этом
начинают вращаться насосы и гидро-
приводы перемещают головки вперед,
причем прекращается нажим на путе-
вые переключатели 1КВ и 2КВ, и их
н. з. контакты закрываются. И. о. кон-
Фиг. 166. Автоматизация встречного сверления.
такт 2КВ при этом размыкается, и питание катушки 1К осуще-
ствляется только через н. з. контакт путевого переключателя ЗКВ,
установленного в положение 3. Несколько позже замыкаются н. з.
контакты переключателей ГКВ и 2'КВ. Эги контакты включают
цепь промежуточного реле 2РП. После этого н. з. контакты 2РП
размыкаются, и катушка 1РП теперь получает питание только
через н. з. контакт 1КВ, а катушка 2К — через н. з. контакт 2КВ.
Когда сверло головки А дойдет до точки 3, н. з. контакт пере-
ключателя ЗКВ размыкается, контактор 1К отключается и головка А
останавливается. Головка Б продолжает сверление и, закончив цикл,
от команды гидроупора возвращается от точки 4 в исходное поло-
жение 2. Н. з. контакт 2КВ при этом размыкается и отключает кон-
тактор 2К, а н. о. контакт 2КВ включает контактор 1К. Головка А,
управляемая гидроупорами, заканчивает сверление, и ее сверло
от точки 4 возвращается в первоначальное положение; при этом
нажимается путевой переключатель 1КВ и своим н. з. контактом
отключает промежуточное реле 1РП Н. о. контакт 1РП после этого
отключает всю схему, в том числе и промежуточное реле 2РП.
При наладке головка А в опасной зоне не останавливается.
Нулевую защиту обеспечивает промежуточное реле 1РП.
Электрическое копирование на металлорежущих станках
213
§ 36. ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ КОПИРОВАНИЕ НА МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ
СТАНКАХ
Механические копировальные станки обладают рядом недостат-
ков, к числу которых прежде всего необходимо отнести трудность
изготовления шаблонов из стали большой твердости. Кроме того,
механическое копирование связано с передачей значительных уси-
лий, вызывающих упругие деформации копировального пальца или
ролика и звеньев, связывающих его с инструментом. Эго сказывается
на точности обработки. На механических копировальных станках
нельзя обрабатывать детали,
имеющие участки, перпендику-
лярные к направлению про-
дольной подачи.
Всех этих недостатков можно
избежать, применяя принципы
электрического копирования,
где используются шаблоны,
изготовляемые из мягких легко
обрабатываемых материалов,
как, например, дерево, гипс,
пластмассы, жесть, алюминий,
картон.
В качестве шаблона можно
использовать и ранее обрабо-
танную деталь. Эгу деталь
обычно шлифуют, чтобы неров-
ности обработки не переноси-
лись на последующие детали, изготовленные электрокопированием.
Существуют станки, в которых копирование можно вести также
по заложенному в станок чертежу.
Принцип работы электрокопировальпых станков показан на
фиг. 167. На этой схеме шпиндель 1 пальцевой фрезы 2 производит
обработку заготовки 3. Фрезерный суппорт 4 посредством жесткой
связи 5 соединен с копировальной головкой 6. Штифт 7 этой копи-
ровальной головки оканчивается копировальным пальцем 8, имеющим
ту же форму, что и пальцевая фреза 2. Так как штифт имеет опору
в виде полусферы, боковые давления на копировальный палец пре-
образуются в осевые смещения штифта копировальной головки.
Копир 9 расположен на столе 10, на котором установлена также и
заготовка 3.
Допустим, что привод 11 непрерывно осуществляет подачу стола
в направлении, указанном стрелкой. Такая подача называется в е-
д у щ е й или задающей. Другой привод 12 осуществляет движение
копировальной и фрезерной головок в вертикальном направлении.
Эго движение назовем следящей подачей. -Управление устроено
так, что при разомкнутом контакте 13 привод 12 приближает копи-
214
Электрическая автоматизация станков
ровальный палец к копиру. Когда же контакт 13 замкнут, привод 12
отводит копировальный палец от копира.
При такой системе управления процесс копирования осуще-
ствляется следующим образом. Когда контакт 13 разомкнут, начи-
нается движение копировального пальца 8 вперед к копиру 9. При
соприкосновении пальца с копиром штифт 8 копировальной головки
подается назад, рычаг 14 поворачивается и контакт 13 замыкается.
Копировальная головка при этом начинает перемещаться назад.
Копировальный палец 8 отводится от копира 9, и контакт 13 снова
размыкается. Эго вызовет новое приближение копировального пальца
к копиру, причем вследствие наличия непрерывной ведущей подачи
копир сместится и копировальный палец коснется новой точки
копира.
В результате периодических приближений и отводов копироваль-
ного пальца и наличия непрерывной ведущей подачи копировальный
палец описывает пилообразную траекторию, огибающую копир и по-
казанную на фиг. 168, а. Аналогичную траекторию описывает и
фреза 2, жестко связанная с копировальной головкой 6 (см. фиг. 167).
В конце хода продольной подачи автоматически включается попе-
речная периодическая подача. Фреза и копировальный палец
при этом смещаются в направлении, перпендикулярном к плоскости
чертежа (фиг. 168, б). Продольная подача после этого реверсируется,
и копировальный палец и фреза начинают перемещаться в обратную
сторону. При этом палец движется по новой образующей объемного
копира, а фреза совершает новый проход криволинейной поверх-
ности заготовки (фиг. 168, б).
Методом, аналогичным описанному выше, можно производить
также и обработку тел вращения с криволинейными образующими
или ступенчатой формы на токарных электрокопировальных станках.
Копировальные устройства таких станков имеют только две подачи:
ведущую (продольную) и следящую (поперечную), как показано на
фиг. 169.
Применение копировальной головки с двумя контактами
(фиг. 170), называемой трехпозиционной головкой, позволяет управ-
Электрическое копирование на металлорежущих станках
215
лять также и ведущей подачей, включая ее только тогда, когда оба
контакта копировальной головки н. о. и н. з. разомкнуты. В этом
случае копирование осуществляется следующим образом. Когда
копировальный палец не соприкасается с поверхностью копира, под
действием пружины 3 замкнут контакт /. При этом палец переме-
щается к копиру, а фреза к детали. Продольная подача отсутствует.
При нажатии пальца на копир контакт 1 размыкается; перемещение
вперед прекращается и начинается продольная подача. При этом
(фиг. 170) конец копировального
----------------пальца отодвигается от копира,
контакт / вновь замыкается и на-
х чипается новое перемещение копи-
Фиг. 170. Трехпозиционная копироваль-
ная головка.
Фиг. 169. Структурная схема элек-
трокоппровального токарного станка.
Такое чередование перемещений пальца к копиру и вправо
(фиг. 170) будет продолжаться вплоть до точки А перегиба кривой
копира. В этой точке возникает продольная подача, вследствие изме-
нения направления наклона профиля нажим на копировальный
палец еще более возрастет и замкнется контакт 2. При этом система
управления обеспечит отвод копировальной головки и палец будет
отводиться ог копира. Затем контакт снова разомкнется и возникнет
продольная подача и т. д.
Таким образом, при такой трехпозиционной копировальной го-
ловке обход контура осуществляется путем чередования продоль-
ных и поперечных перемещений.
chipmaker.ru
216
Электрическая автоматизация станков
Стремление по возможности уменьшить величину ступени при об-
ходе контура заставило использовать разнообразные многопозицион-
ные копировальные головки, одна из которых показана на фиг. 171
(Мортон, США). При всяком
изменении положения конца
копировального пальца у этой
головки, изменяется нажатие
на систему плоских пружин,
вследствие чего замыкаются
Фиг. 171. Многопознцнонная копиро-
вальная головка.
или размыкаются контакты,
укрепленные на концах этих
пружин. Это вызывает измене-
ние величины сопротивле-
ния R. Управление приводами
подачи в данном случае по-
строено таким образом, что
всякое изменение сопротивле-
ния R влечет за собой падле-
жащее изменение величины и
направления подач.
Следует заметить, что сраба-
тывание контактов у трех рас-
смотренных выше копировальных головок имеет место при различных
смещениях копировального пальца. У двухпозиционных головок это
смещение является наи-
меньшим, у многоконтакт-
ных — наибольшим. Для
повышения чувствительно-
сти двухпозиционных и
многопозиционных копи-
ровальных головок умень-
шают расстояние между
контактами и применяют
показанные, например,
на фиг. 170 рычажные пе-
редачи между штифтом и
контактной системой го-
ловки.
Копировальные голов-
ки включают в цепь низ-
кого напряжения (10—
14в). Это обусловлено как
малым расстоянием между
Фиг. 172. Индуктивная копировальная
головка.
контактами, так и стрем-
лением уменьшить разрушение контактов вследствие искрения.
Дальнейшим этапом развития электрокопирования явились индук-
тивные копировальные головки. У такой головки (фиг. 172) каждому
Электрическое копирование на металлорежущих станках
217
положению копировального пальца соответствует свое положение
якоря /, помещенного между сердечниками 2 и 3. На средних стерж-
нях этих сердечников насажены обмотки 4, 5, 6 и 7. Каждые две ка-
тушки и сердечник образуют трансформатор. Вся система в целом
называется дифференциальным трансформатором. Первичные ка-
тушки 4 и 7 соединены последовательно и включены в сеть перемен-
ного тока; вторичные катушки 5 и 6 включены навстречу друг другу,
так что возникающие в них э. д. с. направлены в противоположные
стороны. Когда якорь 1 находится в среднем положении, э. д. с.
Фиг. 173. Схема фартука токарного станка 1620.
вторичных катушек нейтрализуют друг друга. В случае прибли-
жения якоря к одному из сердечников поток в нем возрастает,
а в другом сердечнике уменьшается. Возникающая при этом раз-
ность э. д. с. вторичных обмоток используется для управления
бесступенчатым регулированием приводов подач.
При чрезмерном нажатии копировального пальца один из сердеч-
ников индуктивной копировальной головки, имеющий шарнирный
подвес, отклоняется и размыкает аварийный контакт, отключающий
привод подачи.
Двухпозиционные и трехпозиционные копировальные головки
обычно управляют электромагнитными муфтами, которые включают,
отключают и изменяют направление продольной и поперечной подач.
Простота устройства, надежность и небольшая продолжительность
переходных процессов электромагнитных муфт позволили широко
использовать их в электрокопировальных станках и в электрокопи-
ровальных устройствах, пристраиваемых к универсальным станкам.
На фиг. 173 представлена кинематическая схема фартука суппорта
универсального токарно-винторезного станка 1620 (завод «Красный
пролетарий»), имеющего копировальное устройство. В фартук этого
станка встроены четыре электромагнитные муфты М П, МЛ, МВ
и МН, которые соответственно обеспечивают подачи вправо, влево,
вперед и назад. Управление муфтами осуществляется посредством
тррхпозидионной копировальной головки.
chipmaker.ru
Электрическая автоматизация станков
Электрическое копирование на металлорежущих станках 219
218
Упрощенная принцишщльная схема этого копировального устрой-
ства представлена на фиг. 174. Когда копировальный палец не ка-
сается копира, замкнуты контакты 1 и 3. При этом включены реле
следящей подачи 1РС, аварийное реле РА и катушка РВП1
реле РВП ведущей подачи. Это вызывает включение электромаг-
нитной муфты МВ, и начинается подача вперед (на копир). Реле РВП
имеет две катушки РВП1 и РВП2 и срабатывает при включении
одной из них. В данном случае включена катушка РВП1 и кон-
такт РВП разомкнут.
Когда копировальный
палец нажмет на поверх-
ность копира, контакт 1
разомкнется и подача впе-
ред прекратится. При
этом отключается обмот-
ка РВП1, замыкается н. з.
контакт РВП и начи-
нается подача влево. Ко-
пировальный палец при
этом смещается. Если при
Фиг. 174. Схема электрокопировального токар-
ного станка.
этом смещении нажатие
на копировальный палец
уменьшится, то вновь зам-
кнется контакт / и копировальный палец будет вновь подводиться
к копиру. Если же профиль копира таков, что смещение вызывает
увеличение нажатия на копировальный палец, то замыкается кон-
такт 2, включается другое реле 2РС следящей подачи и обмот-
ка РВП2 реле РВП. При этом включится муфта МП и начнется
отвод копировального пальца от копира.
В случае чрезмерного нажатия на копировальный палец размы-
кается н. з. контакт.? копировальной головки, отключается реле РА
и всякое движение прекращается.
Если переключатель П перевести в горизонтальное положение
(фиг. 174), то вместо продольной подачи влево будет иметь место
продольная подача вправо.
На токарном станке, снабженном описанным выше копироваль-
ным устройством, кроме продольного наружного копирования, можно
производить продольное внутреннее копирование и торцовое копи-
рование.
Переход с одного режима на другой осуществляется путем над-
лежащей перемены местами обмоток реле и электромагнитных
муфт в схеме управления станком. Переключение производится
посредством переключателей, не показанных на схеме (фиг. 174).
Следует заметить, что у станка 1620 копир и копировальный
палец расположены таким образом, что копировальный палец пере-
мещается по направлению к копиру при ходе назад, а не при ходе
вперед, как это было указано выше в целях упрощения.
Вследствие большой простоты устройства с электроконтактными
копировальными головками и с электромагнитными муфтами полу-
чили значительное применение на универсальных станках. Однако
такие копировальные устройства отличаются прерывистым характе-
ром копирования. При малых подачах погрешность не превышает
0,05—0,08 мм, но при больших скоростях подачи (2С0 мм'мин
и более) нельзя достигнуть удовлетворительной точности обработки.
Замедление же подачи в целях повышения точности обработки
связано с уменьшением производительности.
Ступенчатый характер копирования приводит к тому, что обра-
ботанные поверхности имеют значительные неровности. Кроме того,
наклонные участки профиля обрабатываемой детали оказываются
смещенными относительно соответствующих участков копира в на-
правлении ведущей подачи. Это явление обусловлено тем, что для
срабатывания контактов необходимо определенное осевое переме-
щение копировального пальца.
Погрешности копирования, возникающие при работе указанных
выше устройств, обусловлены многими факторами, к числу которых
относятся: 1) величина перемещения пальца, нужная для срабаты-
вания контактов; 2) время срабатывания электромагнитной муфты;
3) время срабатывания элементов релейно-контактной аппаратуры;
4) механическая инерция привода.
Погрешности, причиной которых являются первые два фактора,
составляют значительную долю общей погрешности при копирова-
нии. Погрешность от нечувствительности копировальной головки
составляет около половины общей погрешности. Влияние этой
погрешности при повышении скорости копирования уменьшается.
Погрешность, вызванная замедлением в срабатывании электро-
магнитных муфт, составляет от 10 до 48% общей погрешности в зави-
симости от конструкции станка и скорости копирования. С увели-
чением подач влияние этой погрешности возрастает.
В целях уменьшения времени срабатывания электромагнитных
муфт их обычно выбирают на номинальный момент, больший мо-
мента нагрузки.
Погрешности, обусловленные собственным временем срабаты-
вания аппаратуры и инерцией движущихся частей привода с электро-
магнитными муфтами, малы и обычно не превышают 4—5% общей
ошибки копирования. В ряде случаев влияние инерции приводит
к более значительным погрешностям.
Как было указано выше, электрическое копирование посредством
электроконтактных копировальных головок и электромагнитных
муфт нашло применение в копировальных устройствах универсаль-
ных станков.
Станки, специально предназначенные для электрокопировальных
работ, в нашей стране строят с индуктивными копировальными
головками и приводами подач, скорость которых регулируется авто-
матически. Такого рода копировальные системы отличаются значи-
chipmaker.ru
220
Электрическая автоматизация станков
течьно большей сложностью, но обеспечивают большую точность
копирования и большую производительность.
При использовании регулируемых приводов подач следует иметь
в ги!.у, что для обеспечения безошибочного копирования, высокой
производительности и надлежащей чистоты поверхности нужно,
чтобы величина $ касательной к контуру подачи была постоянной
величиной, не зависящей от угла наклона профиля.
( Пусть контур, подлежащий копирова-
р нию, представляет собой окружность
— (фиг. 175).
I jsg Согласно чертежу получим
/ | сип
I \/\Р '
т--------р ---- —Е где s-v 11 sy — соответственно ведущая и
\ I / следящая подачи (в мм!мин).
\ I / Если вектор результирующей скоро-
\. । У сти подачи является касательным к кон-
туру, то р = а и, следовательно.
Фиг. 175. Подачи при элек- $jr=ssina; (142)
трокопированни.
sy = s cos а. (143)
Таким образом, в целях обеспечения наивысшей точности и произ-
водительности скорости продольной и поперечной подач должны
быть переменными и взаимосвязанными, изменяясь в соответствии
с приведенными выше уравнениями.
На фиг. 176 представлен внешний вид копировально-фрезерного
полуавтомата 6441Б (Т. Н. Соколов, завод имени Свердлова). Полу-
автомат имеет индуктивную копировальную головку (фиг. 172)
и регулируемые приводы трех взаимно перпендикулярных подач
(продольной, поперечной и вертикальной).
Станок предназначен для изготовления ковочных и вырубных
штампов, а также других сложных пространственных поверхностей
с размерами основания обрабатываемой заготовки до 900 X 500 мм.
Шпиндель станка приводится во вращение от двухскоростного асин-
хронного двигателя.
Лля привода всех трех подач применяются отдельные регули-
руемые двигатели постоянного тока. Общая мощность установленных
на станке электродвигателей и трансформаторов составляет ~ 5 квпг.
Электрическое регулирование дает возможность изменять скорости
подачи в пределах 25—315 мм/мин. Размещение приводов подачи
схематически показано на фиг. 177.
Как было показано выше, управление копированием посредством
бесконтактных копировальных головок производится в функции
смещения копировального пальца относительно его нейтрального
положения. Так как при отсутствии смещения копировальный палец
Электрическое копирование на металлорежущих станках
221
и фреза находятся в одинаковых положениях, то управление в функ-
ции смещения пальца является управлением по рассогласованию
положений пальца и фрезы (пропорциональное управление).
В целях повышения качества обработки, помимо управления
по рассогласованию, целесообразно ввести управление по скорости
изменения рассогласования
(по производной смещения
по времени). При таком диф-
ференциальном управлении
система быстрее реагирует на
всякое изменение наклона
профиля копира и точность
обработки повышается.
Кроме управления в
функции рассогласования и
в функции его производной,
целесообразно использовать
управление в функции ин-
теграла рассогласования во
времени. В этом случае учи-
тывается не только величина
рассогласования, но и время,
в течение которого оно имело
место. Система при этом при-
обретает свойство при отсут-
ствии каких-либо дополни-
тельных команд осуще-
ствлять перемещение в том
же направлении, как и на
предыдущем участке пути.
Такое перемещение сходно с
движением по инерции. По-
добное интегральное управ-
ление позволяет в случае не-
изменного наклона профиля
производить бесступенчатое
Фиг. 176. Копировально-фрезерный полуав-
томат 6441 Б.
копирование при неизменном положении копировального пальца.
При наличии такого интегрального управления устраняется также
смещение профиля заготовки, о котором говорилось выше.
При резких изменениях контура шаблона действие интеграль-
ного управления нейтрализуется действием дифференциального
управления.
В отечественных копировально-фрезерных станках действуют
одновременно три формы управления: пропорциональное, дифферен-
циальное и интегральное.
Структурная схема управления копировально-фрезерным стан-
ком 6441Б приведена на фиг. 178 .Копировальная головка КГ подает
chipmaker.ru
222
Электрическая автоматизация станков
Фиг. 177. Компоновка узлов копировально-фрезерного станка:
7 привод горизонтальной ведущей подачи; 2 —заготовка; 3 — фреза;
4 копир; 5 — копировальный палец; 6 — привод вертикатьной периодиче-
ской подачи; 7 — копировальная головка; 8 — привод поперечной следящей
подачи; 9 — привод шпинделя.
Фиг. 178. Структурная схема управления копировально-фрезерным станком.
Электрическое копирование на металлорежущих станках
223
в фазовый усилитель напряжения Л Н напряжение, пропорциональ-
ное величине смещения копировального пальца от нейтрального
положения (величина рассогласования).
Усилитель УН передает затем по каналам / напряжение,- про-
порциональное смещению копировального пальца, другим элементам
управления станком.
Помимо указанного напряжения, усилитель УН по каналам 2
подает напряжение, пропорциональное скорости смещения копиро-
вального пальца от нейтрального положения (дифференциальное
управление). Это напряжение получается от специальной схемы (так
называемого дифференцирующего звена) усилителя УН.
Дифференцирующим звеном в данном случае являются трансфор-
маторы. При этом используется свойство трансформатора создавать
вторичное напряжение, пропорциональное скорости изменения пер-
вичного напряжения.
Наконец, по каналам 3 усилитель УН подает напряжение, про-
порциональное интегралу по времени величины смещения копиро-
вального пальпа от нейтрального положения.
Это напряжение получают посредством специального инерцион-
ного интегрирующего звена. В схеме интегрирующего звена исполь-
зуется способность конденсаторов длительно сохранять получен-
ный заряд.
Все три напряжения складываются и подаются в электронный
усилитель мощности 2УМ, посредством которого осуществляется
управление напряжением электромашинного усилителя 2ЭМУ, пи-
тающего электродвигатель 2Д следящей подачи. В системе управле-
ния ЭМУ предусмотрена жесткая обратная связь 4 по напряже-
нию ЭМУ, гибкая обратная связь 5 по производной напряжения
по времени и жесткая обратная связь 6 по току нагрузки.
Для управления приводом ведущей подачи опять-таки исполь-
зуются те же три напряжения, передаваемые по каналам 1, 2 и 3
в контур связи КС. К этому контуру по каналу 7, кроме того, подво-
дится напряжение, величина которого определяет скорость ьедущей
подачи, необходимую по технологическим соображениям. От контура
связи суммарное напряжение подается далее в усилитель мощ-
ности 1УМ, посредством которого производится управление электро-
машинным усилителем 1ЭМУ, питающим двигатель 1Д ведущей
подачи. В системе управления предусмотрены обратные связи, ана-
логичные указанным выше.
Управление осуществляется таким образом, что с увеличением
скорости следящей подачи скорость ведущей подачи уменьшается,
и наоборот. Величина касательной подачи при этом сохраняет при-
мерно постоянную величину.
В конце продольного перемещения автоматически включается
периодическая вертикальная подача, копировальный палец и фреза
смещаются на некоторую величину, ведущая подача реверсируется,
и начинается новый проход пальцевой фрезы.
chipmaker.ru
Электрическая автоматизация станков
224
На фиг. 179 представлена схема управления двигателем 2Д следящей подачи
универсального электрокопировального фрезерного станка.
Нижняя часть схемы представляет собой усилитель напряжения УН (фиг. 178)
переменного тока, собранный на двойном триоде по параллельно-балансной схеме,
Средняя часть схемы является усилителем мощности постоянного тока 2УЛ1, со-
Фиг 179. Схема управления двигателем следящей подачи копи-
ровально-фрезерного станка.
бранным на двух лампах по параллельно-балансной схеме. В верхней части
схемы показан 2ЭМУ и электродвигатель 2Д следящей подачи. Обмотки управ-
ления 0У1 и 0У2 электромашинного усилителя, включены навстречу друг другу
в качестве нагрузки усилителя 2УМ. Результирующая намагничивающая сила
обеих обмоток определяется разностью их намагничивающих сил. Параллельно
обмоткам управления ЭМУ включены разрядные сопротивления (не показанные
на схеме).
При отклонении якорька Д копировальной головки зазоры в дифференциальном
трансформаторе ТУ1 изменяются и напряжение одной половины вторичной обмотки
увеличивается, а другой — уменьшается. В цепи каждой из сеток двойного триода
Электрическое копирование на металлорежущих станках
225
Л1 при этом вводится напряжение, пропорциональное смешению якорька Я из
среднего положения. В те же цепи вводятся напряжения обратной святи, снятые
с сопротивлений СР1 и СР2, включенных в анодные цепи двойного триода.
При этом, как это видно из схемы, напряженке, снятое с сопротивления нагрузки
правого анода, вводится в цепь сетки левого анода, и наоборот. Таким образом,
обратная связь является перекрестной.
В цепи обратной связи включены большие сопротивления СС2 и ССЗ, причем
параллельно каждой цепи обратной связи включены соответственно конденсаторы
К1 и К2, имеющие большую емкость. Эти контуры представляют собой инерционные
интегрирующие звенья схемы. При надлежащей настройке напряжение нагрузки
будет содержать составляющую, пропорциональную входному напряжению, и
составляющую, пропорциональную и величине напряжения, и времени, в течение
которого это напряжение действует.
Ток в анодных цепях двойного триода протекает лишь в течение положитель-
ного полупериода. Во время отрицательного полупериода ток в сопротивлениях
нагрузки поддерживается за счет разряда конденсаторов, включенных параллельно
этим сопротивлениям.
Напряжения нагрузки лампы 1Л вводятся в цепи сеток ламп 2Л и ЗЛ Помимо
того, в эти цепи включены вторичные обмотки ТДЗ и ТД4 дифференцирующих транс-
форматоров, первичные об-.отки ТД1 и ТП2 которых включены в анодные цепи
лампы 1Л.
Таким образом, в цепи сеток ламп 2Л и ЗЛ вводятся нагряжения, пропорцио-
нальные производной входного напряжения или, иными словами, сксрссти отклоне-
ния якорька.
В цепь управляющей сетки лампы ЗЛ, кроме того, включено сопротивление СОС,
к которому приложена часть напряжения 2ЭМУ. В зависимости от требуемой скоро-
сти поперечной подачи величина этой составляющей напряжения может быть изме-
нена посредством реостата ]РУС. Вследствие шунтирования этого реостата конден-
сатором КС дополнительно образуется гибкая обратная связь по скорости измене-
ния напряжения 2ЭМУ.
При среднем положении якорька анодные токи ламп 2Л и ЗЛ одинакогы и нама-
гничивающие силы обмоток 0У1 и 0У2 друг друга полностью компенсируют. При
смещении якорька в ту или другую сторону отрицательный потенциал сеть ‘ одной
лампы усилителя мощности уменьшается, а другой — увеличивается. Это вызывает
соответственно увеличение анодного тока одной лампы и уменьшение анодного
тока другой лампы. При этом обмотки 0У1 и 0У2 образуют магнитный поток того
или иного направления.
Отечественные универсальные фрезерные электрокопировальные
полуавтоматы, построенные по описанному выше принципу, обес-
печивают высокую точность обработки. Смещение отдельных уча-
стков деталей относительно соответствующих участков копира почти
отсутствует. Погрешности копирования могут быть уменьшены до
+5 мк.
Помимо копирования пространственных поверхностей, на опи-
санном выше универсальном копировально-фрезерном полуавто-
мате можно производить контурное копирование.
Пусть, например, необходимо произвести копирование контура,
представленного на фиг. 180.
Для осуществления обхода копира схему переключают таким
образом, что копировальный палец до его прикосновения к копиру
получает перемещение направо с наибольшей скоростью. При сопри-
косновении пальца с копиром в точке /, вследствие наличия сфери-
ческой опоры у штифта копировальной головки, боковое давление
на копировальный палец преобразуется в осевое смещение штифта,
15 Херизоменов 2890
chipmaker.ru
Электрическая автоматизация станков
223
вследствие чего якорек дифференциального трансформатора полу-
чает отклонение от нейтрального положения. Схема управления
построена так, что по мере увеличения бокового давления на штифт
подача вправо уменьшается и постепенно увеличивается скорость
подачи вверх. Таким образом, при обходе копировальным пальцем
участка копира, заключенного между точкой / и точкой 2, дви-
жение его происходит так же, как и в объемном копировании,
с той лишь разницей, что копировальный палец касается копира
боком.
В точке 2 копировальный палец, не встречая давления со стороны
копира, отошел бы от него вправо. Во избежание этого явления при
Фиг. 180 Движение при кон-
турном копировании.
подходе копировального пальца к точ-
ке 2 схему управления переключают
таким образом, чтобы взамен подачи
вверх происходило перемещение вниз.
Таким образом, путем совмещения
движений вправо и вниз копироваль-
ный палец обходит участок 2—3 ко-
пира.
При подходе к точке 3 требуется
новое переключение схемы, и участок
3—4 обходится путем совместного дей-
ствия подач влево и вниз. Для полного
обхода замкнутого контура копира
аналогичные переключения схемы не-
обходимо произвести и в точках 4 и 5.
Фрезерная головка, жестко связанная с копировальной головкой,
производит обработку заготовки по контуру, аналогичному контуру
копира.
Станок допускает обработку замкнутых контуров как снаружи,
так и изнутри (например, фигурных отверстий).
Обход замкнутого контура может быть осуществлен и без ука-
занных ручных переключений схемы. Одно из решений этой задачи
дает применение копировальной головки, схема которой представ-
лена на фиг. 181. Ось / этой головки поворачивается в зависимости
от угла поворота копировального пальца 2. Пружина 3 при этом
закручивается. С осью 1 жестко связаны щетки 4, которые при
повороте оси 1 перемещаются по потенциометру 5, имеющему форму
кольца. При перемещении щеток по потенциометру напряжения
и U2 изменяются соответственно по закону синуса и косинуса угла
поворота оси 1. Эги напряжения усиливают и используют для управ-
ления приводами подач, скорость вращения которых пропорцио-
нальна приложенному напряжению, а направление вращения зависит
от направления приложенного напряжения.
При изменении одной из двух взаимно перпендикулярных подач
по закону синуса, а другой — по закону косинуса обеспечивается
автоматический обход замкнутого контура и постоянство касательной
Электрическое копирование на металлорежущих станках
227
подачи. Это непосредственно вытекает из приведенных выше выра-
жений продольной и поперечной подач.
В целях дополнительного повышения точности работы данное
устройство снабжено индуктивной головкой 6, имеющей поворотный
палец 7. Головка 6 может поворачиваться вместе с осью 1 и коррек-
тирует погрешность, возникающую при отклонении оси 1 от контура
копира.
За последние годы значительное развитие в отечественном и за-
рубежном станкостроении получили разного рода гидрокопироваль-
Фиг. 181. Головка для контурного
копирования.
Фиг. 182 Фотоэлектрическая
копировальная головка.
ные устройства, встраиваемые в универсальные и специализирован-
ные станки. Такие устройства выгодно отличаются простотой и надеж-
ностью в эксплуатации. Применяются устройства с нерегулируемыми
и с регулируемыми подачами, причем применение гидравлического
привода позволяет весьма просто обеспечить бесступенчатое регули-
рование подач в обширном диапазоне.
Однако точность обработки, достигаемая на станках с системами
электрического копирования с бесконтактными котировальными
головками и регулируемыми приводами подачи, остается более
высокой, чем в системах гидравлического копир вания.
Посредством электрического копирования можно осуществить
обработку и непосредственно по заложенному в станок чертежу,
который используется взамен копира.
Первый электрический фотокопировальный станок был предло-
жен и построен в Московском станкоинструментальном институте
(В. С. Вихман, 1934—1936 гг.).
Взамен электрокопировалыюй головки в станках, работающих
по чертежу, применяется фотокопировальная головка (фиг. 182).
15*
chipmaker.ru
Электрическая автоматизация станков
228
Внутри этой головки помещена лампа накаливания /, свет которой
посредством особого оптического устройства 2 и 3 концентрируется
на поверхности чертежа в виде пятна очень малого диаметра
(до 0,02 мм). Свет, отраженный от поверхности чертежа 4 зеркалом 5,
направляется в фотоэлемент 6 и используется для управления при-
водами подач.
Пусть схема управления построена так, что когда световое пятно /
(фиг. 183) находится на белой бумаге чертежа и когда, следовательно,
отражается много света, пятно 1 начинает двигаться вперед по на-
правлению к контуру. Когда затем световое пятно попадает на чер-
ную линию чертежа и отражен-
ный световой поток резко умень-
шается, световое пятно начи-
нает перемещаться пазад. Да-
лее процесс повторяется.
При наличии непрерывной
ведущей подачи имеет место
обход контура, аналогичный
движению двухпозиционной ко-
пировальной головки (см.
фиг. 168, а).
Фиг. 183. Траектория светового пятна.
Фрезерная головка или токарный суппорт опять-таки жестко
связаны с фотокопировальной головкой.
В случае необходимости обработки по чертежам сложных про-
странственных поверхностей их разбивают на ряд сечений, чертежи
которых наносят на бумажную ленту. После окончания обработки
одного сечения вместе с периодической подачей производится пере-
мещение ленты таким образом, чтобы обработка следующего по по-
рядку сечения производилась по следующему чертежу.
Вследствие резкого различия в диаметрах светового пятна и паль-
цевой фрезы форма обработанной поверхности детали отличается от
формы копира. Хотя это различие и может быть учтено при построе-
нии (j-ормы копира, оно представляет собой существенный недо-
статок копирования посредством световой точки. Во избежание этого
неудобства применяют фотокопировальную головку с вращающейся
световой точкой. У такой головки световая точка вращается со ско-
ростью от 150 до 1000 об, мин, описывая окружность, радиус которой
можно изменять в зависимости от радиуса фрезы.
На фиг. 184 представлена схема подобной головки. Свет лампы 1
оптической системой концентрируется в виде светового пятна 2 на
поверхности чертежа.
Отраженный бумагой рассеянный свет собирается зеркалом 3
и направляется в фотоэлемент 4. С головкой связан движок 5, который
скользит по неподвижным шипам 6.
Сигналы фотокопировальной головки поступают на сетку элек-
тронной лампы. В цепь включен конденсатор, представляющий собой
дифференцирующее звено, вследствие чего сигнал на сетку лампы
Программная электроавтоматика станков
229
подается лишь в момент изменения светового потока, попадающего
в фотоэлемент, когда световое пятно задевает черную черту. Во время
вращения светового пятна движок 4 пробегает квадранты /, //, ///
и IV, причем в каждом квадранте обеспечивается свое видоизменение
схемы. Эти видоизменения построены та-
ким образом, что при подаче сигнала
в данном квадранте включаются одна из
двух подач, необходимых для обхода ча-
сти контура, заключенной в пределах
этого квадранта.
Если, например, световая точка ка-
сается линии чертежа в квадранте /, то
возникает подача вверх (фиг. 184). Если
же световая точка не касается этой линии,
будет иметь место подача влево. В квад-
ранте // при тех же двух условиях воз-
никнут соответственно подачи вниз и влево
и т. д. Таким образом достигается обра-
ботка замкнутых контуров.
Основным недостатком фотоэлектриче-
ского копирования является необходи-
мость изготовления чертежа весьма высо-
кой точности. Между тем изготовление
с весьма значительными затруднениями,
Фиг. 184. Вращающаяся
фотокопировальная головка.
точного чертежа связано
вследствие чего обычно
чертежи изготовляют с погрешностью, не меньшей чем 0,2—0,3 мм.
В связи с этим фотокопировальные станки оказываются пригод-
ными лишь для выполнения работ с невысокой точностью.
§ 37. ПРОГРАММНАЯ ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКА СТАНКОВ
Для осуществления автоматической обработки детали на метал-
лорежущем стайке должен быть выполнен комплекс перемещений
рабочих органов станка, следующих друг за другом по определенной
программе. Таким образом, каждый металлорежущий станок,
работающий по автоматическому или полуавтоматическому циклу,
обладает той или иной системой программного управления.
Основной целью всякого программного управления, как и всякого
иного средства автоматизации, является повышение производитель-
ности труда. Однако, помимо этой главной задачи, различные системы
программного управления решают отдельные дополнительные тех-
нические вопросы, связанные с облегчением переналадки на обработку
другой детали, с повышением точности обработки и т. д.
Носителями программы в автоматизированных станках могут
быть весьма различные устройства. Ниже перечислены основные но-
сители программы, применяемые в станках-автоматах, причем неко-
торые из этих носителей уже упоминались выше.
1. Профильные кулачки, на основе которых работают
современные кулачковые автоматы.
chipmaker.ru
Э кктрическая автоматизация станков
230
2. Переставные упоры, управляющие электрическими
и гидравлическими исполнительными приводами.
На основе такого управления работают современные агрегатные
револьверные и другие станки.
3. Копиры из закаленных сталей (механические
копировальные станки).
4. Шаблоны и модели из легкообрабатываемых материалов
(электрокопировальные станки).
5. Командоаппараты с переставными кулачками
(используются на токарных автоматах и полуавтоматах).
Фиг. 185. Принципы автоматизации посредством кулачков.
6. Перфорированные ленты или перфокарты (ряд
станков, преимущественно экспериментальных, построен в СССР
и за границей).
7. а г н и тн ы е записи на магнитных лентах или на
магнитных барабанах (ряд экспериментальных и полуэксперименталь-
ных станков, построенных в СССР и за границей).
8. Светозапись на кинопленке.
В зависимости от характера автоматизируемого технологического
процесса изменяется требуемое число командных сигналов (так назы-
ваемый объем информации) и выбирается тот или иной носитель про-
граммы. При выборе носителя программы необходимо также учи-
тывать простоту осуществления программирования, удобство хра-
нения носителя программы и другие факторы.
При небольшом числе командных импульсов, измеряемом десят-
ками, наибольшее распространение получили переставные упоры и
командоаппараты, а в последнее время начинают распространяться
устройства с перфорированными лентами, перфокартами и отчасти
с магнитной записью.
Наиболее распространенной формой программного управления
станками является распределительный вал или барабан с профиль-
ными кулачками (фиг. 185, а). На этом принципе, как было указано
основаны многочисленные кулачковые станки-автоматы.
Эта наиболее популярная форма механического программного
управления имеет, однако, существенные недостатки. При переходе
на изготовление другой детали у кулачковых автоматов требуется
Программная электроавтоматика станков
231
установка новых кулачков, изготовление которых связано с опре-
деленными трудностями и требует продолжительной работы высоко-
квалифицированных мастеров-лекальщиков. В некоторых случаях
установка новых кулачков или образование новой комбинации ста-
рых связаны с затратой значительного времени.
Вследствие большой сложности переналадки кулачковых авто-
матов они в основном используются для изготовления деталей мас-
сового производства. Кроме того, кулачковые автоматы отличаются
большой конструктивной сложностью.
На основе электрического, гидравлического или электро-гидрав-
лического программного управления может быть построен станок,
более простой чем кулачковый автомат, обеспечивающий возможность
легкой и быстрой переналадки на изготовление другой детали. Такие
возможности обеспечивает автоматизация посредством перестав-
ных упоров, управляющих электрическими приводами рабо-
чих органов станка посредством путевых переключателей. Эги си-
стемы были рассмотрены ранее.
Следует отметить, что применение путевых переключателей может
обеспечить лишь определенную последовательность перемещений.
Профильные же кулачки обеспечивают и последовательность и ско-
рость перемещений движущихся элементов станка. Поэтому при
необходимости движений с различными скоростями должно быть
предусмотрено электрическое или электромеханическое регулирова-
ние скорости с управлением посредством путевых переключателей.
Это же обстоятельство вызвало появление многочисленных электро-
гидравлических систем, в которых используется бесступенчатое
гидравлическое регулирование подачи, а нужная последовательность
движений и управление системой гидроподачи обеспечиваются сред-
ствами путевой электроавтоматики.
Необходимо отметить, что та или иная последовательность пере-
мещений может быть осуществлена также и в случае чисто гидравли-
ческого управления, краны, золотники и пилоты которою переклю-
чаются посредством упоров, установленных на движущихся элементах
станка. Однако прокладка проводов более удобна, чем монтаж масло-
проводов или установка системы рычагов. Поэтому смешанное элек-
тро-гидравлическое управление, в котором переключение золотников
и кранов производится электромагнитами, применяется чаще.
Система электрической автоматизации танков при помощи путе-
вых переключателей отличается от автоматизации посредством про-
филированных кулачков также и характером подачи команд. В си-
стеме с путевыми переключателями каждая новая команда возни-
кает после выполнения предыдущей и, следовательно, все движущиеся
элементы станка связаны друг с другом последовательными воздей-
ствиями. В кулачковых автоматах распределительный вал, несущий
профилированные кулачки, вызывает перемещение каждого из. дви-
жущихся элементов станка, котсрые при своем движении никакого
влияния друг на друга не оказывают. Такая централизованная си-
chipmaker.ru
232 Электрическая автоматизация станков
стема распределения команд без проверки выполнения каждой из них
в отдельности возможна у кулачковых автоматов вследствие более
высокой надежности выполнения перемещений движущихся элемен-
тов станка посредством профилированных кулачков, чем при помощи
средств путевой электроавтоматики.
Недостатком систем с переставными упорами является разбро-
санность органов управления.
Одним из простейших средств централизации управления мог
бы явиться непрерывно вращаемый барабан командоаппарата (см.
фиг. 136) со стандартными кулачками-упорами, воздействующими
на контакты. Эти контакты через посредство релейно-контактной
аппаратуры включают и выключают приводы движущихся узлов
станка. Однако такое управление оказывается мало работоспособным
по той причине, что для выполнения каждой команды в данном слу-
чае отводится промежуток времени, заключенный между двумя
командами, а контроль величины фактически произведенного пере-
мещения отсутствует. При случайном отклонении скорости пере-
мещения от заданной величины будет неизбежно изменяться и вели-
чина этого перемещения.
Связывая барабан с кулачками с перемещающимся элементом
станка той или иной кинематической цепью, получим соответствие
угла поворота барабана, заключенного между подачей двух соседних
команд, величине перемещения движущегося узла станка.
Переключения в цепи подач в системах релейного управления
чаще всего осуществляют посредством электромагнитных муфт.
Кроме того, переключение коробки подач производят также посред-
ством электромагнитов. Число подач в этом случае определяется
конструкцией коробки подач, сами же подачи могут изменяться путем
соответствующего подбора сменных зубчатых колес.
Для того чтобы движущийся элемент станка мог многократно
перемещаться до различных точек пути, необходимо переставлять
либо упоры, либо контакты. Как известно, барабаны с регулируемыми
упорами получили в станкостроении некоторое применение (напри-
мер, у револьверных станков).
Однако при наличии командного барабана ту же задачу целесо-
образно решать посредством простейшего счетного устройства. Это
устройство при каждом возврате движущегося элемента стапка
в исходное положение вводит в схему новые путевые переключатели
взамен старых. Таким образом, подвижной элемент станка будет
каждый раз доходить до нового положения своего пути.
Счетное устройство может быть изготовлено в виде барабана,
приводимого в действие посредством храповика и электромагнита
(фиг. 185, б). При каждом включении электромагнита этот барабан
поворачивается на любой угол, в зависимости от той механической
передачи, которая в данном случае применяется.
В отдельных случаях автоматизации станков счетное устройство
может быть заменено переключателем, связанным с револьверной
Программная электроавтоматика станков
233
головкой или с барабаном упоров, стандартными телефонными иска-
телями и пр.
При наличии ряда движущихся элементов взаимная их связь
осуществляется элементарно просто. Однако если в этом случае при-
бегнуть к применению барабанов с кулачками, то централизация
управления теряется, так как‘каждый движущийся элемент должен
иметь отдельный барабан. Координацию движений может осуществить
счетное устройство. Оно может срабатывать только раз, когда каждый
из подвижных элементов возвращается в свое исходное положение,
производя каждый раз нужные переключения в схеме управления
всеми движущимися элементами.
Счетное устройство, управляющее многими подвижными элемен-
тами , играет роль органа центрального управления.
Перестановка кулачков на барабане, необходимая для перехода
к обработке новой детали, при соответствующей конструктивной
разработке может быть сделана такой же легкой и быстрой, как набор
номера у телефона или нужного числа на арифмометре.
Подобное устройство программного управления получает при-
менение для автоматизации отечественных токарных станков
(Л. М. Кауфман, Московский станкоинструментальный институт).
У этого устройства (фиг. 185, в) имеются два диска 1 и 2, из которых
один вращается в 100 раз быстрее другого; например, диск / делает
один оборот при перемещении режущего инструмента на 100 мм,
а диск 2 — при перемещении его на 1 мм. При достижении задан-
ного размера кулачки, установленные на дисках, замыкают кон-
такты 3 и 4, включается промежуточное реле 5, которое отключает
привод подачи. При этом диск 1 отсчитает число целых миллиметров,
а диск 2 — число сотых долей миллиметра. Многократное замыка-
ние контакта 4 не вызывает срабатывания промежуточного реле 5,
пока контакт 3 остается разомкнутым.
Широкие возможности программной автоматизации станков дает
применение бумажной перфорированной ленты, которая перематы-
вается с одного барабана на другой. Замыкание цепей управления
происходит в момент прохода отверстия ленты под щеткой. Щетка
через отверстие в ленте соединяется с поверхностью металлического
барабана, который огибает перематываемая лента.
На фиг. 186 представлена упрощенная схема управления авто-
матизированным токарным станком посредством перфорированной
ленты (Л. А. Глейзер, Московский станкоинструментальный инсти-
тут). В этой системе перфорированную бумажную ленту 1 тянет
металлический барабан 2, который посредством храповика 3 при каж-
дом включении электромагнита 4 поворачивается на некоторый угол.
К поверхности перфорированной ленты прижат ряд щеток, и когда
при вращении барабана 2 под щеткой оказывается отверстие, про-
битое в бумажной ленте, замыкается та или иная цепь управления.
Включение и выключение продольной и поперечной подач-станка
производятся посредством кулачковых муфт, управляемых втяж-
chipmaker.ru
234
Электрическая автоматизация ставкой
Фиг. 186. Управление станком посредством
перфорированной ленты.
дает возможность отсчитать способом,
ними однофазными электромагнитами, не показанными на фиг. 186.
Эти электромагниты включаются, когда под щеткой барабана 2,
включенной в цепь данного электромагнита, оказывается отверстие,
пробитое в бумажной ленте.
С ходовым валиком продольной поцачи станка связан барабан 5.
Металлическая накладка, укрепленная на поверхности этого бара-
бана, имеет справа зубцы. Эти зубцы при вращении барабана 5 перио-
дически замыкают цепь электромагнита 4, причем зубцы расположены
таким образом, что включения происходят через каждый 1 мм пере-
мещения суппорта.
Как видно из фиг. 186,
такие периодические вклю-
чения электромагнита 4,
а следовательно, и повороты
барабана 2 будут иметь
место всякий раз, когда под
щеткой 6 будут находиться
отверстия в перфорирован-
ной ленте. Таким образом,
в зависимости от числа от-
верстий в перфорирован-
ной ленте можно отсчитать
необходимое число милли-
метров перемещения продоль-
ного суппорта.
Накладка па барабане 5
имеет слева ряд более часто
расположенных зубцов, что
аналогичным описанному, на-
пример, десятые доли миллиметра заданного размера.
Таким образом, при наличии у перфорированной ленты надле-
жащего числа отверстий, проходящих под соответствующей щеткой,
можно обеспечить требуемую величину перемещения с нужной точ-
ностью. Когда требуемое перемещение закончено, при повороте ба-
рабана 2 под одной из щеюк 8, управляющих электромагнитами,
оказываются новые отверстия ленты, выключаются одни элек-
тромагниты, управляющие сцепными муфтами, и включаются
другие.
При срабатывании каждый электромагнит воздействует на один из
путевых переключателей 9, 10,11 и т. д. При этом происходит новый
поворот барабана 2 на один шаг и начинается новое движение, напри-
мер, перемещение поперечного суппорта.
Управление поперечным суппортом аналогично описанному
выше.
Отсчет величины требуемого перемещения в этом случае произ-
водится посредством отдельного барабана, связанного с ходовым
валиком поперечной подачи и устроенного аналогично барабану 5.
Программная электроавтоматика станков
235
Поворот резцедержателя или револьверной головки произвэтится
от отдельного электромагнита, управляемого так же, как и элек^ о-
магпиты сцепных муфт.
При наладке станка для поворота барабана 2 в произвольный
момент нажимают на кнопку 12.
В целях уменьшения тока, проходящего через контакты бараба-
нов, все электромагниты управления муфтами включаются через
промежуточные реле.
Одним из основных преимуществ при-
менения перфорированной ленты для
управления металлорежущими станками
является возможность предварительного
изготовления лепты вне станка посред-
ством перфораторов, выпускаемых заво-
дами счетно-аналитических машин.
В последние годы в нашей стране и за
рубежом для управления металлорежу-
щими станками начинают использовать
магнитную запись, которая наносится на
ленту, изготовленную из ацетилцеллю-
лозы и покрытую слоем ферромагнитной
эмульсии (толщиной около 0,02 мм).
Магнитная запись производится путем
поперечного намагничивания ферромаг-
нитного слоя посредством специальных
электромагнитных записывающих головок,
через катушки которых пропускается
ток, изменяемый тем или иным образом.
Запись обладает большой стойкостью и
'везв
не меняется под влиянием времени или . 1С_
- о г Фиг. 187. управление стан-
колебании температуры. Запись может ком писредСТвом магнитной
иметьвесьма небольшуюширину(например, ленты.
3 мм); она может многократно удаляться
и наноситься на одну и ту же ленту.
Вместо магнитной ленты могут быть использованы цилиндры,
изготовленные из металла или пластмассы, на поверхность которых
нанесен ферромагнитный слой.
Для воспроизведения записи магнитную ленту протягивают с той
или иной скоростью под воспроизводящей головкой, в катушке кото-
рой при этом наводится переменная электродвижущая сила.
Зга электродвижущая сила может быть после ее усиления
использована для управления электродвигателями.
На фиг. 187 представлена схема такого управления. При нажатии
на одну из кнопок 1 включается один из генераторов 2 звуковой
частоты и один из исполнительных электродвигателей 10, который
выполняет то или иное перемещение. При этом записывающая го-ов-
ка 3 наносит на магнитную ленту 5 запись соответствующей частоты.
chipmaker.ru
236
Электрическая автоматизация станков
Программна'1, электроавтоматика стан-toe
237
Управляя посредством кнопок / исполнительными двигателями 10
и осуществляя определенный технологический процесс, получают
на леше запись с наложением ряда частот в тех местах, где несколько
электродвигателей работают одновременно.
При воспроизведении записи э. д. с. воспроизводящей головки 4,
усиленная посредством усилителя 6, подается на полосовые фильтры 7,
каждый из которых пропускает ток одной лишь определенной ча-
стоты. При этом, в зависимости от содержания тех или иных частот
Фиг. 188. Управление станком посредством
световой записи.
в магнитной записи, по-
средством реле 8 и кон-
такторов 9 включаются
в определенном поряд-
ке электродвигатели 10.
Опытный токарный
полуавтомат, построен-
ный по указанному выше
принципу (Г. А. Спыпу,
Институт физики
АН УССР), показал,
что, несмотря на отсут-
ствие обратной связи,
возможно получение
точности обработки, до-
ходящей до 0,1 мм.
Программа для упра-
вления подобного рода
станками может быть
просто записана при
обработке на станке
первой детали, В этом
случае в конце каждого
перемещения рабочих органов станка надлежит нажать кнопку и
нанести на магнитную ленту, перемещающуюся вместе с суппортом
и кареткой, штрих поперечного намагничивания.
Применялись и другие методы нанесения магнитной записи.
Программное управление, сходное с управлением посредством
магнитной записи, может быть осуществлено также посредством све-
товой записи на кинопленке.
На фиг. 188 представлена упрощенная кинематическая схема
фрезерного станка для изготовления плоских кулачков (М Г. Брейдо,
А. Е. Кобринский, В. К Бесстрашное, 1949 г.).
У этого станка программа фотографическим путем наносится на
кинопленку 1. Эта кинопленка протягивается над блоком‘2, содержа-
щим три q отоэлсктрических датчика. При этом свет специального
осветителя, не показанного на чертеже, либо свободно проходит через
пленку, либо загораживается темными штрихами или полосами на
пленке. Ролик 3 тянет пленку 1 за перфорацию, причем вращение
ему сообщается от цепи вращения стола 4 с укрепленной на нем
заготовкой 5. Стол 4 вращается непрерывно, а его радиальную подачу
осу ществляет электродвигатель 7. Эго г двигатель, посредс твом кони-
ческой зубчатой передачи, приводит во вращение в противоположные
стороны якоря электромагнитных муфт 8 и 9, закрепленных на
валу 10. Э1 от вал жестко связан с винтом подачи, перемещающим
стол 4 станка с заготовкой 5.
На валу 10 посажено анкерное колесо /1, анкер 12 которого откло-
няется в ту или иную сторону при включении одного из двух электро-
магнитов 13 и 14.
Когда одна из электромагнитных муфт 8 или 9 включена, анкер 12
удерживает вал 10 от вращения.
При включении одного из электромагнитов 13 и 14 анкер освобо-
ждает колесо 11 и вал 10 вместе с ходовым винтом подачи поворачи-
вается на угол, определяемый шагом зубьев анкерного колеса 11.
Заготовка получает при этом точно дозированное перемещение по
направлению к фрезе.
Для изменения величины этого перемещения в описываемом станке
в схему вводилось второе анкерное устройство, колесо которого имело
иной шаг зубьев.
В зависимости от того, включена муфта 9 или 8, будет иметь
место подача по направлению к фрезе или от нее.
Каждый раз, когда на соответствующей дорожке ленты 1 имеется
штрих, ток соответствующего фотодатчика прерывается, срабатывает
электромагнит 13 или 14 и возникает перемещение на один шаг.
Перемещение ленты / связано с поворотом стола 4. Поэтому,
изменяя число штрихов на участке ленты, соответствующем повороту
стола, например, на один градус, можно изменять наклон профиля
обрабатываемого кулачка.
Описанные анкерные устройства могут обеспечить лишь неболь-
шое число шагов в секунду.
Управление электромагнитами осуществляется посредством тира-
тронов.
При обработке сложных и точных криволинейных поверхностей
применяется так называемое цифровое программное управление, где
необходимые команды вводятся в станок посредством цифр или мате-
матических зависимостей. Программа обычно записывается на перфо-
рирована} ю или магнитную ленту.
В случаях не особенно сложной и точной обработки на ленте
записывается целиком вся программа работы станка, представляю-
щая собой определенным образом закодированные командные сиг-
налы, соответствующие координатам или приращению координат
точек перемещения режущего инструмента (например, центра
фрезы). Кроме того, в состав программы могут бьп ь внесены сиг-
налы управления. При обработке сложных поверхностей высокой
точности запись всей программы на ленту является чрезмерно
громоздкой. В таких случаях на ленте записывают координаты
chipmaker.ru
238
Электрическая автоматизация станков
опорных точек. Чго же касается команд в пре межутках между опор*
пыми точками, то они подаются специальным интерполирующим
устройством.
У некоторых станков с цифровым управлением на отдельных
участках пути режущего инструмента могут быть использованы те
и in иные заранее запрограммированные математические зависимости,
для которых необходимо задавать лишь численные параметры.
Для составления программы, как указывалось выше, задаются
координаты точек пути движения инструмента. Эти координаты
вычисляются с некоторыми интервалами. На перфорированную ленту
результаты вычислений наносят в виде определенной комбинации от-
верстий. При протягивании перфорированной ленты через прочиты-
вающее устройство станка сквозь ее отверстия происходит замыкание
тех или иных электрических цепей.
Запись на перфорированной ленте наиболее просто производить
по двоичной системе исчисления.
В обычной десятичной системе любое многозначное число может
быть представлено в виде суммы членов, состоящих из цифр числа,
каждая из которых в зависимости от ее порядка должна быть умно-
жена на 10 в соответствующей целой степени. Например:
386 = 3-10* ф- 8- 10‘ф- 6-10°.
В двоичной системе любое число выражается комбинацией только
двух цифр 0 и I (поскольку 2 представляет собой единицу следующего
порядка).
Любое многозначное число в двоичной системе может быть пред-
ставлено в виде суммы членов, состоящих из цифр числа, каждая
из которых, в зависимости от ее порядка, должна быть умножена
на 2 в соответствующей целой степени.
Например:
11001001 = 1-27ф- 1 -2® ф-0-25ф-0-24+1-23 ф 0-2* ф- 0-21 ф-1 -2° =
= 128 ф- 64 ф- 0 ф- 0 ф- 8 + 0 ф- 0 ф 1 = 201.
Двоичная система весьма удобна для изображения чисел посред-
ством релейных схем. В этом случае включенному реле соответствует
цифра 1, выключенному — 0. Нецостатком двоичной системы по
сравнению с десятичной является увеличение количества знаков при
изображении числа почти в 3 раза.
Весьма простые вычислительные схемы позволяют производить
преобразование чисел из десятичной в двоичную систему.
Для записи программы необходим ряд предварительных вычи-
слений, производимых по данным чертежа детали. При большом
числе командных импульсов для подготовки программы применяют
быстродействующие вычислительные машины.
Как уже указывалось, для уменьшения числа команд на ленту
наносятся координаты только опорных точек. В промежутках между
Программная электроавтоматика станков
239
ними управление производится специальным интерполирующим
устройством
Нафиг. 189 представлена схема электромеханического кубиче-
ского интерполирования', примененная на станке для фрезерования
экспериментальных лопаток реактивных турбин. В этом устройстве
между призмами четырех ползушек укреплена гибкая металли-
ческая линейка 4. Пэлзушки могут перемещаться вдоль направляю-
щих посредством серводвигателей 1. Положения четырех ползушек
Фиг. 189 Устройство для электромеханического интерполирования.
соответствуют значениям четырех радиусов-векторов турбинной
лопатки, показанных на той же фигуре справа. На этой фигуре
контур 5 представляет траекторию движения центра фрезы 3, кон-
тур 6 — профиль лопатки, а 2 — радиус-вектор профиля.
Линейка служит копиром, по которому ведется управление стан-
ком в промежутках между опорными точками Вдоль линейки дви-
жется щуп, находящийся от нее на некотором небольшом расстоянии,
величина которого контролируется искровым разрядом между
линейкой и щупом.
Для работы необходимы две линейки, работающие попеременно;
когда по одной ведется управление станком, другая посредством
вспомогательных двигателей выгибается в соответствии с координа-
тами новых опорных точек.
Помимо описанного электромеханического принципа интерполя-
ции, в системах для программного управления станками применяется
также ряд устройств, основанных и на других принципах.
chipmaker.ru
240
Электрическая автоматизация станков
Программа управления металлорежущим станком посредством
современных вычислительных устройств может быть записана с
любой точностью. Что касается точности обработки, то она опре-
деляется точностью перемещения исполнительных органов станка.
Контроль фактического перемещения инструмента и последующее
уто чнение этого перемещения в станках с программным управлением
осуществляются специальной системой обратной связи.
Значительное распространение в системах обратной связи станков
с программным управлением получили сельсины повышенной точ-
ности, используемые в ка-
Фиг. 190. Контроль перемещения посредством
дифракционных решеток.
одна укрепляется на суппорте станка.
честве датчиков положе-
ния.
У продольно-фрезер-
ных станков с программ-
ным управлением (напри-
мер, в станках 6Р653
ЭНИМС, Гиддинс-Льюис,
США) сельсины получают
вращение от движущегося
стола посредством фрик-
ционной передачи или
рейки и зубчатого колеса
повышенной точности.
Для обратной связи
фирма Ферранти (Англия)
использует две дифракци-
онные решетки 4 и 5
(фиг. 190), из которых
а другая расположена па
станине параллельно первой и закреплена неподвижно. Два
луча света источника 6, проходящие сквозь щели этих решеток
(фиг. 190), отражаются от призмы 2 и попадают в фотоэлементы
1 и 3.
Штрихи решеток нанесены на расстоянии около 0,005 мм
и у двух решеток непараллельны друг другу.
При перемещении суппорта темные дифракционные полосы начи-
нают перемещаться в вертикальном направлении, лучи преры-
ваются и фотоэлементы 1 и 3 дают переменные теки. При этом общее
число циклов будет соответствовать пройденному пути, а частота
тока — скорости перемещения. Направление сдвига токов по фазе
указывает на направление движения.
Для привода рабочих органов станков с цифровым управлением
в последние годы получают распр страненне шаговые электродвига-
тели, обеспечивающие при каждом командном импульсе точно дози-
рованное перемещение. При каждом импульсе тока ротор такого
двигателя поворачивается на некоторый небольшой угол и удержи-
вается в этом положении силами магнитного притяжения.
Программная электроавтоматика станков
241
Для перемещения рабочего органа станка на заданную величину
двигателю дают соответствующее число импульсов.
Конструкция шаговых двигателей еще не установилась, а разра-
ботка их представляет значительные трудности, так как число импуль-
сов может измеряться десятками и сотнями в секунду.
Изменяя подачу импульсов во времени, можно регулировать ско-
рость перемещения рабочих органов станка.
На фиг. 191 представлен зарубежный фрезерный станок, рабо-
тающий с шаговыми двигателями.
На этом станке применены шаговые электродвигатели с зубчатыми
роторами, у которых каждое положение фиксируется силами маг
нитного притяжения. Для при-
вода вертикальной, поперечной
и продольной подач на станке
установлены независимые ша-
говые двигатели 1, 2 и 3.
Для управления этими дви-
гателями использовались шесть
фотоэлементов, реагирующих
на свет, проходящий через от-
верстия перфорированной лен-
ты 4, и девять тиратронов, рас-
положенных в шкафу 5.
Скорость подачи опреде-
ляется числом отверстий на
каждом участке ленты и вели-
чиной перемещения заготовки,
соответствующего одному шагу Л „
J J Фиг. 191. Вертикально-фрезерный станок
двигателя. с программным управлением и шаговыми
Контроль исполнения у электродвигателями.
данной системы отсутствует.
Недостатком такой простой системы программного управления
является очень большая длина перфорированной ленты, так как для
каждого шагового перемещения крайне малой величины на ленте
необходимо иметь особое отверстие.
Весьма интересный вертикально-фрезерный станок с программ-
ным управлением посредством электронных счетных машин раз-
работан Масачузетским технологическим институтом (США) совместно
с фирмой Дженерал Электрик. Станок имеет стол с рабочей поверх-
ностью 1524 X 762 мм. Вертикальное перемещение фрезы соста-
вляет 381 мм.
Для управления станком, посредством электронных вычисли-
тельных машин рассчитывают координаты ряда последователь пых
положений центра фрезы и отрезки времени, соответствующие пе-
ремещениям. Эти данные записывают в двоичной системе на пер-
форированной ленте. Лента вводится в считывающее устройство
станка, которое передает полученную информацию в управляющее
16 Харизомеиов 2890
chipmaker.ru
242 Электрическая автоматизация станков
устройство. Специальный генератор непрерывно подает в управля-
ющее устройство с частотой около 4000 гц импульсы напряжения.
В соответствии с полученной информацией, управляющее устройство
направляет эти импульсы определенными сериями через специаль-
ный преобразователь к исполнительному приводу рабочего органа
станка, который и перемещается на заданную величину. Каждому
импульсу соответствует перемещение на 0,0125 мм.
Контроль перемещения осуществляется сельсинами, причем
погрешность тут же автоматически корректируется.
В процессе усовершенствования этой системы устройство, про-
рабатывающее программу, было отделено от устройства, читающего
программы и управляющего станком. При этом операции, связанные
с проработкой программы, были возложены на отдельную вычисли-
тельную машину. Эта машина получает входные данные в форме
записи на перфорированной ленте и результаты их обработки запи-
сывает на магнитной ленте. Эта лента в дальнейшем используется
для управления станком (система «Нумерикорд»). При этом система,
непосредственно обслуживающая станок, сильно упрощается. Это
имеет большое значение, поскольку станки с числовым управлением
требуют весьма высокой квалификации обслуживающего персо-
нала.
Вследствие большой скорости вычислительных операций на
электронных счетных машинах программа управления станком может
быть записана весьма быстро. Поэтсму одна счетная машина может
обеспечивать программами большое число станков и даже целое
производство, снабженное станками, автоматизированными соот-
ветствующим образом.
Станки с различными фермами электрического программного
управления разрабатывает ряд фирм зарубежных стран. К ним сле-
дует отнести Джеперал Электрик (США), Ферранти (Англия),
Герберт (Англия), Гиддингс и Льюис (США), Гишольт (США)
и др.
Как было указано выше, копировальные станки тоже представ-
ляют собой станки с программным управлением. К точности копи-
рования на металлорежущих станках предъявляются все более
высокие требования. Вместе с тем трудности изготовления, а также
невозможность значительного увеличения размеров контурных и
пространственных копиров и ошибки разного рода масштабных
устройств ограничивают возможности повышения точности копиро-
вания при надлежащей производительности.
Цифровое управление позволяет взамен копиров оперировать
с математическими уравнениями, использование которых не связано
с необходимостью точного построения каких-либо моделей. Сигналы
о'ратнщт связи в станках с цифровым \правлением могут быть полу-
чены от koi ечпых звеньев кинематической цепи или даже связаны
нспссрсдгтвенпз с размерами обрабатываемой детали. Это дает
возможность учесть упругие деформации, возникающие в процессе
П рограммная электроавтоматика станков
243
резания. Можно ожидать, что посредством цифрового управления
будет получаться более точная обработка, чем на современных копи-
ровальных станках. В частности, особые преимущества цифровое
управление может иметь при изготовлении овальных, эллиптических,
спиральных и им подобных деталей, изготовление которых требует
предварительных трудоемких расчетов.
Отмеченные положения характеризуют перспективное значение
вопросов программного управления металлорежущими станками.
Станки с цифровым управлением еще не получили широкого
распространения, пределы их рационального использования еще
точно не определены. Новые производственные возможности, предо-
ставляемые такого рода станками, имеют значительный практический
интерес. Вместе с тем большая сложность и весьма высокая стои-
мость станков с цифровым управлением дают основания ожидать
практического применения таких станков лишь при обработке
с высокой точностью или особо сложной деталей, изготовляемых
небольшими сериями или в единичном порядке.
1G*
chipmaker.ru
О рациональной степени и форме электрификации станка 245
ГЛАВА VIII
ЭЛЕКТРИФИКАЦИЯ СТАНКОВ И АВТОМАТИЧЕСКИХ ЛИНИЙ
§ 38. О РАЦИОНАЛЬНОЙ СТЕПЕНИ И ФОРМЕ ЭЛЕКТРИФИКАЦИИ
СТАНКА
Основными задачами электрификации станков являются повыше-
ние производительности труда, облегчение работы на станках, упро-
щение их конструктивных форм и повышение точнссти обработки.
Во многих случаях недостаточная или неудачная электрификация
того или иного станка объясняется тем, что в начале проектирования
конструктором не были проработаны вопросы, связанные с вь борем
типа привода, и электрификации подверглась уже в значительной
мере разработанная конструкция. Наличие разнообразных тенденций
приводит к весьма противоречивым решениям одного и того же во-
проса различными конструкторами. Поэтому все вопросы, связанные
с выбором формы и степени электрификации станка, должны быть
глубоко продуманы конструкторами в самом начале проектирования.
От решения этих вопросов зависят конструктивные формы и произ-
водственные показатели нового станка.
Прежде всего на основе сведений о необходимых размерах, уси-
лиях и скоростях движения элементов станка, а также о степени его
универсальности или специализации устанавливают, какие электро-
двигатели и какое управление должен иметь станок. После этого
необходимо продумать вопрос о применении многодвигательного
привода. Если движение различных элементов станка не требует
строгого согласования, то применение многодвигательного привода
допустимо и во многих случаях приводит к значительному упрощению
кинематической схемы, а следовательно, и конструкции станка.
Асинхронные двигатели являются машинами дешевыми, простыми,
надежными и удобными в эксплуатации. Поэтому всякий раз, когда
для привода станка применяют электродвигатель иного типа, необ-
ходимость его применения должна быть достаточно обоснована тех-
нически и экономически.
Такое же технико-экономическое обоснование по существу необ-
ходимо и при выборе скорости вращения электродвигателя, которая
должна быть подобрана так, чтобы общая стоимость двигателя и ки-
нематической цепи была наименьшей. При этом н^жно учитывать,
что с понижением номинальной скорости вращения возрастает стои-
мость электродвигателя.
При относительно небольших мощностях обычно выгоднее выби-
рать электродвигатели на 1500 и 3000 об/мин и производить необходи-
мое снижение скорости механическим путем. При больших мощностях
целесообразнее применять тихоходные электродвигатели и, насколько
возможно, упрощать кинематическую цепь, так как стоимость ее
с увеличением передаваемой мощности резко возрастает. ААеханиче-
ские передачи станков мелкосерийного и индивидуального произ-
водства являются устройствами более дорогими, чем даже тихоход-
ные электродвигатели, изготовляемые в порядке массового и крупно-
серийного производства.
Пуск и реверсирование всех электрических двигателей осущест-
вляются весьма просто. Поэтому целесообразно все операции по
пуску и реверсу станка возложить на его электродвигатель. При-
менение фрикционной муфты в значительной мере усложняет кон-
струкцию. При неправильном регулировании муфты могут возникать
толчки, сопровождаемые значительными ускорениями; длительные
периоды холостого вращения электродвигателя, имеющие место при
наличии главной фрикционной муфты, приводят к значительному
увеличению расхода электроэнер! ии и ухудшению других энергети-
ческих показателей. С другой стороны, постановка фрикционной
муфты с тормозом исключает необходимость частых включений элек-
тродвигателя. При этом сокращается число толчков пускового тока
и нагрев ротора за счет пусковых и в особенности тормозных потерь.
В тех случаях, когда число включений станка значительно и электро-
двигатель может перегреваться пусковыми токами, применяют элек-
тромагнитные муфты (преимущественно многодисковые) постоян-
ного тока. Применение этих муфт во многих случаях приводит также
к значительному упрощению конструкции и облегчению управления
станком. Применение многодисковых электромагнитных м}фт осо-
бенно желательно на тех станках, где во время обработки одной
детали необходима смена скоростей вращения шпинделя и
подач.
В случае необходимости уменьшения толчка пускового тока
асинхронного короткозамкнутого двигателя значительной мощности
применяется статорный реостат. Вследствие того, что для главных
приводов станков обычно требуется относительно небольшой пусковой
момент, уменьшение пускового момента двигателя, связанное с при-
менением статорного реостата, в большинстве случаев вполне допу-
стимо. Электродвигатель с фазовым ротором в станкостроении
в настоящее время применяется при необходимости повышения
пускового момента.
Для вспомогательных приводов металлорежущих станков могут
найти применение двигатели с повышенным пусковым моментом и с
повышенным скольжением, поскольку эти приводы при пуске должны
преодолевать значительный момент сопротивления. Если станок пред-
назначен для выполнения одной операции, то работа будет вестись
с одной скоростью. Станок в этом случае может не иметь регулирова-
chipmaker.ru
246 Э гектгификсция станков и автоматических линий
ния скорости, и можно ограничиться применением асинхронного одно-
скорсстного короткозамкнутого двигателя и парей сменных зубча-
тых колес в цепи главного движения на случай переналадки на обра-
ботку другой детали. Если условия обработки одной детали требуют
применения двух, трех и более скоростей, то целесообразно проду-
мать вопрос об использовании двух-, трех- и четьрехсксрсстных
асинхронных двигателей с переключением полюсе в. Они могут
работать совместно с упрощенной коробкой скоростей или, если поз-
воляют соотношения между скоростями, без нее. Если при обработке
заготовки требуется бесступенчатое регулирование скорости, дистан-
ционное или автоматическое, а также частые реверсы, то возникает
вопрос о целесообразности применения двигателей постоянного тока.
Плавность регулирования приобретает особое значение при разра-
ботке конструкции универсальных станков.
Так как подавляющее большинство машиностроительных заводов
не имеет сети постоянного тока, приходится продумывать вопрос
о получении постоянного тока для питания регулируемого двигателя
разрабатываемого станка. При этом следует иметь в виду, что при
установке рядом нескольких станков, требующих постоянного тока,
получение последнего может быть централизовано и значительно
удешевлено. Если ожидается отдельная установка такого станка,
рационально применение системы генератор—двигатель. Во всех
случаях, когда при работе станка не требуется значительной мощ-
ности при низких скоростях вращения, становится рациональным
применение систем с регулируемьм напряжением.
При разработке вопроса о применении электропривода с регули-
рованием скорости необходимо иметь в виду, что у станков с отно-
сительно большим вспомогательным временем и малым машинным
временем применение бесступенчатого регулирования скорости может
и не дать существенного эффекта. У таких станков более важным
мероприятием явилась бы электрическая автоматизация вспомога-
тельных операций.
В случае применения на станке электронных и ионных приборов
необходимо считаться с их ограниченным сроком службы и с необхо-
димостью их предварительного прогрева. В этом отношении зна-
чительные преимуиества имеют устройства на полупроводниках.
Станки, длительно работающие на изготовлении одной детали
(например, токарные автоматы), могут оказаться недогруженными
в течение продолжительного промежутка времени. Это объясняется
тем, что такие станки могут длительно, иногда несколько месяцев
и даже лет, изготовлять деталь, не требующу ю использования
полной мощности двигателя. Систематическая нагрузка электродви-
гателя такого станка ведет к пониженным значениям кс эф<] ициента
мощности и к. п. д. У таких станков следует конструировать место
установки электродвигателя так, чтобы была возможна быстрая за-
мена установленного электродвигателя на электродвигатель понижен-
ной мощности.
О рациональной степени и форме электрификации станка
247
Применение фланцевых и встроенных электродвигателей позво-
ляет получить более простые и красивые конструктивные фермы
станка. Однако в этом случае необходимо считаться и с тем, что смена
такого электродвигателя в случае его неисправности затруднительнее,
чем смена двигателя нормального исполнения. В случае применения
встроенных электродвигателей необходимо помнить об обеспечении
их надлежащей вентиляцией.
У станков повышенной точности следует избегать встройки элек-
тродвигателей в узлы, тепловые деформации которых существенно
влияют на точность обработки. Для этих же станков рекомендуется
применять предварителы ый разогрев станка путем заблаговремен-
ного пуска электродвигателя.
Особо гаж юе значение имеет выбор надлежащей формы защиты
электродвигателя от влияния воздействий охлаждающей жидкости,
стружки, масла и т. п. В случае установки электродвигателя в местах,
не подверженных указанным воздействиям, можно ограничиться
применением защищенного электродвигателя. При возможности
попадания на электродвигатель жидкости или стружки требуется
закрытое исполнение с наружным обдувом. Как было указано выше,
размеры обдуваемых электродвигателей серии А, как правило, не
отличаются от размеров двигателей защищенного исполнения, но
стоимость их выше.
Далее следует обратить внимание на достаточное обоснование
применения в станках гидравлических и пневматических устройств.
Основанием их применения является невозможность или значитель-
ная трудность создания механических или электрических устройств,
обладающих аналогичными свойствами. Обычно в промышленных
предприятиях энергия к станку подается от линий трехфазного пере-
менного тока. Всякое преобразование энергии в другою ее форму
требует специальных установок. Стремление к удешевлению про-
цесса преобразования приводит к общецеховым установкам, которые,
однако, обладают недостатками, близкими к общеизвестным недо-
статкам группового привода. Сказанное относится к пневматической
сети, к системе централизованной смазки и кряду других аналогич-
ных случаев.
Широкое использование электрического оборудования дает воз-
можность весьма широкой унификации и стандартизации. Это обычно
обусловливает высокое качество конструкции станка и понижение
себестоимости его изготовления. Электрооборудование стоит отно-
сительно дешево. Элементы его всегда стандартны и компоновкой их
на базе одной и той же механической конструкции станка можно
осуществить различные модификации, получить различные режимы
работы и степени автоматизации.
Следует отметить существующую тенденцию к применению в на-
стоящее время гидроприводов преимущественно для целей осущест-
вления медленных перемещений, сопровождаемых значительными
усилиями и треб) ющих широкого бесступенчатого регулирования ско-
chipmaker.ru
248 Электрификация станков и автоматических линий
роста. Функции управления чаще всего возлагаются на электрические
аппараты. В ряде случаев применяют, однако, и чисто гидравлическое
управление (например, гидрокопировальные станки). Если на станке
уже применено гидравлическое или пневматическое устройство, без
которого невозможно обойтись, использование других гидравличе-
ских или пневматических устройств на том же станке облегчается
и становится более обоснованным.
Следует отметать, что на всемирной выставке станков 1956 г.
в Лондоне было представлено большое число автоматических электро-
пнесматических и электро-пневмо-гидравлическнх головок. Такие
головки представляют большие удобства при разработке станков для
часовой промышленности и приборостроения.
В последние годы непрерывно расширяется применение пневма-
тических устройств в станкостроении в целях осуществления быстрых
поступательных перемещений.
Большие возможности представляет применение на станках
различных электромеханических зажимных устройств, которые
в большинстве относительно несложны, не требуют специальной
электроаппаратуры и используют элементы, широко распространен-
ные в станкостроении.
Далее, в начале проектирования нужно установить, требуется
ли на данном станке торможение. Ответ на этот вопрос дает продолжи-
тельность рабочего цикла. У станков с коротким циклом работы
отсутствие торможения недопустимо снижает производительность.
Наиболее целесообразным является применение электрического
торможения. Однако при этом после выключения электродвигателя
кинематическая цепь станка, приводимая им в движение, остается
незаторможенной. При весьма коротких циклах работы станка сле-
дует учитывать значительное выделение тепла в электродвигателе при
электрическом торможении и возможность перегрева электродвига-
теля. Это явление отсутствует при механическом торможении с упра-
влением посредством электромагнита; однако при этом имеет место
знач -тельное механическое изнашивание тормозного устройства,
чего нет при всех видах электрического торможения.
Если переконструированию в тех или иных целях подвергается
какой-то базовый станок, то целесообразно исследовать вопрос о том,
можно ли путем рациональной электрификации с минимальной меха-
нической переделкой получить эффект, являющийся целью кон-
структивной переработки.
При конструировании станка следует стремиться к чисто электри-
ческому управлению как наиболее совершенной, удобной и дешевой
системе управления. Особое внимание надлежит обратить на возмож-
ную увязку элементов механического и электрического управления
станком в целях сокращения общего числа органов управления. В том
случае, когдэ одновременно с поворотом какой-либо рукоятки над-
лежит замыкать ту или иную электрическую цепь, с рукояткой
связывают путевой переключатель, барабанный переключатель и т. д.
О рациональной степени и форме электрификации станка
249
Если на станке осуществляются те или иные движения, всегда
следующие одно за другим в определенной последовательности, над-
лежит продумать вопрос об установлении автоматической связи
между этими движениями.
Если имеются движения, неправильная последовательность или
совмещение которых недопустимы, необходимо предусмотреть защит-
ные блокировки. Особо следует иметь в виду возможность создания
электрических устройств для точного останова.
Во многих случаях возникает вопрос о применении специальных
загрузочных приспособлений и о совмещении на одном станке не-
скольких переходов обработки одной детали с их электрической
автомат ’зацией.
При полной или частичной автоматизации необходимо проанали-
зировать аварийные режимы работы электрической аппаратуры
предусмотреть механические защитные приспособления. Электро-
оборудование в настоящее время еще не может полностью обеспечить
защиты от перегрузки всех элементов кинематических цепей станка.
В ряде случаев на металлорежущих станках обрабатываются
заготовки весьма значительней стоимости (например, на тяжелых
станках). На многих станках также обработка производится посред-
ством многочисленных и дорогостоящих инструментов. В этих слу-
чаях неожиданная остановка станка в процессе резания, возникшая
вследствие срабатывания, например, тепловых реле при перегрузке,
может привести к порче заготовки или инструмента. В таких слу-
чаях целесообразно построить схему таким образом, чтобы при пере-
грузке подавался предварительный сигнал или производился авто-
матический отвод инструмента до остановки станка.
Значительный интерес представляет вопрос об электрических
измерениях размеров детали в процессе ее обработки на станке
и вопросы автоматической подналадки (активный контроль). Особое
значение такие измерения приобретают при обработке мягким или
быстроизнашивающимся инструментом (например, абразивным кру-
гом).
На современных станках широкое распространение получила
электрическая сигнализация. Такая сигнализация контролирует
нормальный ход производственного процесса, подачу охлаждющей
жидкости или смазки, целость инструмента, окончание работы
и т. д.
В заключение нужно отметить, что выбор степени и формы элек-
трификации станка в каждом отдельном случае нужно производить
путем тщательного анализа и сравнения вариантов с количествен-
ными выводам ! там, где это возможно.
Конструктивные и эксплуатационные качества нового станка
определяет не богатое оснащение его электрическими устройствами,
а наиболее удачное согласование выбранной формы электрификации
с назначением и конструктивными формами самого станка,
chipmaker.ru
250 Электрификация станков и автоматических линий
§ 39. ПРОЕКТИРОВАНИЕ И МОНТАЖ ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ СТАНКА
Как было указано в § ЗК, разработка проекта электрического обо-
рудования станка обычно начинается вместе с разработкой его меха-
нической части, так как производственные возможности и конструк-
тивные формы современг ых станков зачастую определяются степег ью
и формой их электргфикации. Необходимость тесюй увязки меха-
нической и электрической частей станка заставляет конструкторов-
станкостроителей хорошо разбираться в вопросах электр! фккации
проектируемого ставка.
Проект электрооборудования станка, выполняемый на станко-
строительных заводах, обычно включает следующие составные части:
1) технические условия на проектированье;
2) принципиальную электрссхсму;
3) спец фикацию электрического оборудования;
4) схему размещения электрооборудования на станке;
5) чертежи узлов с размещением электрооборудования на отдель-
ных частях станка;
6) монтажную электрссхсму;
7) проект шкафов и ниш с размещением в них электрооборудова-
ния;
8) чертежи электроаппаратуры и приспособлений, специально
изготовляемых для электрификации данного ставка;
9) описание электрооборудования станка и необходимые расчеты.
Ниже более подробно рассматриваются указан: ые части проекта
электрооборудования станка. Для иллюстрации используются чер-
тежи модифицированного в последнее время проекта электриф: кации
координатно-расточного станка 2450, изготовляемого заводом внутр и-
шлифовальных станков. Станок имеет наибольший диаметр расточки
250 лам, наибольшее продольное перемещение стела 1000 мм и попереч-
ное 600 мм. Скорость вращения шпинделя должна плавно регулиро-
ваться в пределах 50—200 об/мин. Стол имеет две скорости перемеще-
ния — 36 и 1000 мм/мин.
Технические условия на проектирование,
как было указано выше, являются первой частью проекта электро-
оборудования станка. Они составляются после выявления целесо-
образной формы и степени электрификации станка.
Электрическое управление станком должно быть удобным, надеж-
ным, простым и дешевым. Эти основные положения определяют все
этапы проектирования электрооборудования станка, включая состав-
ление принципиальной электросхемы, выбор электроаппаратуры
и ее размещение.
В технических условиях устанавливаются количество, назначе-
ние, мощность и скорость вращения всех электродвигателей станка,
необходимость реверса и то[можения электродвигателей, характер
и диапазон регулирования их скорости (если таковое требуется).
Далее формулируются основные требования к управлению электро-
Прсектироеание и монтаж электрооборудования станка
251
двигателями станка, указываются нужные формы управления м все
основные блокировки, степень и форма автоматизации. Наконец,
даются основные указания по обеспечению электрсбезопасности
работы на станке, в тем числе по устройству местного освещения,
по заземлению и пр.
Принципиальная электросхема составляется
на основе рассмотренных выше узловых схем электрического управ-
ления станками. Эти узловые схемы видоизменяют применительно
к специфическим требоваш ям проектируемого ставка, связьв/ют
необходимыми блокировками, снабжают аппаратурой защиты и т. д.
При составлении принципиальной электроехсмы станка нужно
исследовать все возможности ее упрощения, сравнивая различные
варианты схемы. В целях упрощения схемы для двигателей, которые
одновременно не работают, следует по возможности использовать
одну и ту же аппаратуру.
Следует избегать необходимости срабатывания многих аппаратов
один за другим или необходимости замыкания большого числа по-
следовательно включенных контактов для того, чтобы сработал тот
или иной аппарат схемы.
Все необход: мые переключения следует по возможности произво-
дить в цепях управления, а не в цепях рабочего тока.
Кнопки «Стоп» с н. о. контактами, замыкающими цепь промежу-
точных реле, не применяют, так как такие схемы ненадежны.
Если на станке применяются только двигатели постоянного тока,
то они обслуживаются аппаратурой также постоянного тока. Если
же станок имеет двигатели и постоянного и переменного toi а, то
для управления двигателями постоянного тока малой мощности часто
используют аппаратуру переменного тока. При этом надо иметь
в виду, что наибольшая величина постоянного тока, разрываемого
данным аппаратом, значительно меньше допустимой величины пере-
менного тока.
Цепи сигнальных ламп обычно включают на напряжение 12, 24,
36 или 127 в в завис! мости от типа примененных ламп.
При проектировании станка нужно стремиться к сокращению
числа органов управления станком.
При составлении принципиальной схемы необходимо стремиться
к наименьшему количеству аппаратов и минимальному числу кон-
тактов, так как при этом возрастает надежность ее работы. Необхо-
димо следить за тем, чтобы при работе схемы не возникало обходных
цепей, которые могут привести к ложному срабатывангю тех или
иных аппаратов или их неетключению. Желательно, ч^обы в цепях
управления различные контакты одного и того же аппарата были
присоединены к одному и тому же полюсу сети. Если их присоединить
к разным полюсам, ю увеличивается возможность короткого замы-
кания между ними. Нужно также иметь в виду, что чем больше эле-
ментов одного и того же аппарата электрически соединяются друг
с другом, тем проще монтаж.
chipmaker.ru
252 Электрификация станков и автоматических линий
Должны быть предусмотрены блокировки, которые не допустили
бы аварии в случае неправильного нажатия кнопок. Желательно,
чтобы при этом вообще никакого действия не происходило.
Схема должна быть построена так, чтобы при авариях с аппарату-
рой — перегорании предохранителей, обрыве цепей катушек, при-
варивании контактов — не возникало аварийных режимов работы
электропривода.
Силовые цепи па схеме обычно помещают слева и чертят жир-
но; цепи управления помещают справа и чертят тонкими
линиями.
Схема электрооборудования станка должна присоединяться к сети
посредством вводного рубильника, пакетного переключателя или
автомата.
При ручном управлении в случае, когда обеспечение нулевой
защ! ты необходимо, применяется общий контактор, отключающий
всю установку при снижении напряжения до недопустимо низких
значений.
В станках со сложной схемой предохранителями или автоматами
защищают не только цепи рабочего тока, но и цепи управления.
Непосредственное присоединение цепи управления к сети произ-
водится лишь при относительно простых схемах электрического
управления станком. В случае сложных схем с большим количеством
электроаппаратуры для большей надежности работы цепи управления
присоединяют через трансформатор, понижающий напряжение сети
до 127 в. При таком включении цепи управления не связаны электри-
чески с силовой цепью и случайные заземления не могут вызвать
срабатывания аппаратов контакторного управления.
Зажимы всех элементов аппаратов (контактов, катушек), входя-
щих в схему, должны быть пронумерованы. Все зажимы и провода,
наглухо электрически соединенные друг с другом, обозначают
одним и тем же номером (индексом) В частности, линейные провода
трехфазной сети обычно обозначают индексами Л2, Л3. После
того как эти же цепи пройдут через контакты тех или иных аппаратов,
включенных в цепь рабочего тока, их обозначают индексами Ли, Л21,
Л31 после первого аппарата, Л12, Л22, Л32 — после второго и т. д.
3 жимы статора трехфазного электродвигателя, а следовательно,
и присоединенные к ним провода обозначаются обычно индексами 1СП
1С2, 1С3 у первого электродвигателя, 2С,, 2С2, 2С3 — у второго и т. д.
Зажимы и провода цепей управления обычно имеют числовые
обозначения.
Маломощные электродвигатели, приводящие в движение насосы
охлаждающей жидкости, везде, где это допустимо, включают тем же
контактором, который включает главный привод станка.
В случае обработки без охлаждающей жидкости электродвигатель
насоса отключают пакетным переключателем. Привод насоса охла-
ждающей жидкости защищают тепловыми реле, при срабатывании
которых должен отключаться и главный привод станка.
Проектирование и монтаж электрооборудования станка
253
На фиг. 192 представлена принципиальная электрическая схема
расточного станка 2450. Как видно из схемы, в состав электрооборудо-
вания этого станка входят шесть электрических машин. Для питания
двигателя постоянного тока с параллельным возбуждением ЗМ служит
генератор Г постоянного тока с параллельным возбуждением, вра-
щаемый асинхронным двигателем 1М.
Двигатель 5М служит для перемещения движка реостата воз-
буждения двигателя ЗМ привода шпинделя. Это — маломощный
коллекторный двигатель с последовательным возбуждением, при-
годный для использования как в сетях постоянного, так и в сетях
переменного тока. Включение этого электродвигателя производится
кнопками ЮКУ и 11 КУ. Реверс двигателя осуществляется путем
изменения направления тока в обмотке возбуждения.
Электродвигатель 2М насоса охлаждения вместе с насосом уста-
навливается на баке с охлаждающей жидкостью. Штепсельное соеди-
нение, посредством которого этот электродвигатель присоединяется
к сети, позволяет насосный агрегат и бак с охлаждающей жидкостью
ставить отдельно от станка и в случае необходимости ремонта легко
сменить всю насосную установку.
Для питания сигнальных ламп 1ЛС, 2ЛС, ЗЛС, лампы местного
освещения ЛО, ламп освещения шкал 1ЛШ, 2ЛШ, ЗЛШ и ламп
освещения микроскопов 1ЛМ, 2ЛМ, ЗЛМ применяется пониженное
напряжение 12 в. Это позволяет применить малогабаритные сигналь-
ные лампы. Цепи управления включены через трансформатор 1ТП,
понижающий напряжение до 127 в.
Принципиальная схема электрооборудования обычно снабжается
перечнем аппаратуры с указанием условных обозначений, принятых
в данной электросхеме, и числа и исполнения контактов.
Графические условные обозначения установлены ГОСТ 7624-55
и приведены в конце настоящей книги.
Спецификация электрооборудования составляется
на основании принципиальной схемы. В спецификации указываются
требования к электрооборудованию данного станка. Ниже приведен
один из пунктов спецификации электрооборудования станка 2450.
Обозначе- ние по схеме Наименование Тип Количе- ство Завод- изготови- тель Приме- чание
1М Электродвигатель привода генератора, асинхронный, трех- фазный, закрытый, обдувае- мый, с коршкозамкнугым ро- тором, на напряжение 220/380 в. мощность 4,5 кет, пн — = 1450 об/мин. Ротор должен быть динамически отбаланси- рован так, чтобы вибрация незакрепленного двигателя не превышала 0,04 мм АО51-4 1 мэп
chipmaker.ru
'"'380/2201!
\ВВ
1ПП
Лзг
П22
ММ Л»,
Л25
1Ct
Л)г
IK
1C,
кв л
"зе
1С2
2С3
1М
!PT2
1в"~гг
BS
28
Электродвигатель
охлаждения
0,125кВт, 2В00°5/мин
\и
)?РТ
Лзб
Ген ер а тор
3,3кВт
230В
11/50 °д/мин
Электродвигатель
привода шпинделя
2кВт 700-2800 од/мин
bp кВт, 1000 oS/mu>
"is
3Ct
Электродвигатель
перемещения столов
0,Ь1кВт, 1050 од/мин
Chipmaker.ru
л,
1ЛЩ " 2ЛШ
13КУ
Xаризоменов 2830
Фиг. 192. Принципиальная электрическая схема координатно-расточного станка 2450.
r.ru
J2PT
d36
4?g
p
Элекгпродвига тель
охлаждения
0,125кВт, 2800 °б/мин
Генератор
3,JKBm
2306
1^50 об/мин
1ЛШ - 2ЛШ
13КУ
\2?
Электродвигатель
привооа шпинделя
2квт 700-2800 об/„ин
22
ЗРГ 2PT fPT
192. Принципиальная электрическая схема координатно-расточного стайка 2450.
chipmaker.ru
254 Электрификация станков и автоматических линий
Размещение электрооборудования на
станке. После составления принципиальной схемы и выбора
электрооборудования его необходимо разместить на станке. Особое
значение имеет размещение командных органов станка.
Наряду со стандартными стационарными и переносными кнопоч-
ными станциями (фиг. 91—93)
Фиг. 193. Пульты управления.
j станкостроении широкое применение
получили разнообразные пульты.
На фиг. 193, а, б, в и г показаны
соответственно: пульт, пристроенный
к станине станка; пульт, укреплен-
ный на консоли; передвижной пульт,
установленный на стойке вблизи
станка, и пульт, установленный на
шкафу управления, которому в связи
с этим придана соответствующая
форма.
Лучшим способом размещения
электроаппаратуры является встрой-
ка ее в специальные ниши, преду-
смотренные в станине или других
частях станка. В некоторых случаях
приходится размещать аппаратуру
станка в нескольких нишах.
Если достаточных по объему ниш
устроить на станке нельзя, аппара-
туру размещают в так называемых
шкафах управления, или распреде-
лительных шкафах, которые уста-
навливают вблизи станка или на
самом станке. Далеко от станков
ставить шкафы нецелесообразно, так
как при этом удорожается монтаж и, кроме того, увеличивается
падение напряжения в длинных проводах.
Шкафы стандартизируют и в случае невозможности размещения
всего электрооборудования в одном шкафу его размещают в двух
или трех стандартных шкафах. При этом не исключены случаи непол-
ного использования внутреннего пространства шкафов.
Площадь вертикальной панели шкафа управления, занятая аппа-
ратурой и электрическими соединениями, может быть приближенно
определена по формуле
(144)
где а и b— размеры отдельных аппаратов в вертикальной плоскости
(длина и ширина) в дециметрах. Знаменатель 60 учитывает размер-
ности и площадь, занятую электрическими соединениями между
отдельными аппаратами. Наименьшая глубина шкафа определяется
Проектироеание и монтаж электрооборудования станка
255
наибольшим из размеров электрических аппаратов, перпендикуляр-
ных к плоскости крепления.
Определив по формуле (144) площадь S, необходимую для раз-
мещения аппаратуры, можно предварительно установить, пригоден
ли тот или иной стандартный шкаф управления, сколько стандартных
шкафов требуется для размещения аппаратуры данного станка, можно
ли размещать аппаратуру в шкафах или нишах на самом станке и т. д.
Проводку в шкафах и нишах управления обычно выполняют же-
стким одножильным проводом с винилитовой изоляцией (марки ПВ),
обладающим достаточной жесткостью.
У малых станков с простым электрическим оборудованием иногда
применяется монтаж электроаппаратуры на наружной поверхности
станка в кожухах, в которых она поставляется заводами-изготови-
телями. Аппаратуру при этом устанавливают так, чтобы она по воз-
можности не увеличивала габаритов станка. При этом аппаратура
крепится на стенке станка на прокладках толщиной 10—15 мм.
Магнитные пускатели обычно крепят на боковой или задней стенке
станка по возможности вблизи электродвигателя, чтобы проводка
была короче.
Кнопочные станции для облегчения пользования ими устанавли-
вают там, где это удобно для рабочего, на высоте 1—1,7 м от пола.
Монтаж проводов. Для защиты проводов, проклады-
ваемых по станку, от механических повреждений и вредных воздей-
ствий охлаждающей жидкости, масла и стружки их прокладку произ-
водят в газовых трубах. Трубы изгибают в холодном и горячем состоя-
нии с помощью специальных трубогибов. Трубе при этом придают
форму проволочного шаблона, который перед тем выгибают так,
как это нужно. При изгибании труб в горячем состоянии, во избе-
жание расплющивания на сгибах, их набивают сухим песком. Перед
прокладкой проводов трубу очищают от заусенцев и окалины (пу;ем
протаскивания стальных ершей), окрашивают изнутри или вместо
этого наносят химическим путем противокоррозионное покрытие.
Для прокладки в трубах главным образом применяют гибкие
провода с маслостойкой винилитовой изоляцией (марки ПГВ).
Затягивание проводов в трубы производится с помощью сталь-
ной проволоки, к которой подвязывается пучок проводов, посыпан-
ных тальком. Соединение проводов внутри трубы не допускается.
Соединение труб производится при помощи специальной герме-
тической арматуры: разветвительных коробок, тройников, уголь-
ников, муфт и пр.
В тех местах, где приходится делать много изгибов, применяют
проводку в гибких металлорукавах или резино-тканевых шлангах,
на которые надевают защитную проволочную плетенку. При электри-
фикации станков наиболее часто применяют металлорукава с вну-
тренним диаметром от 11 до 50 мм. Эги металлорукава скручены из
оцинкованной стальной ленты с хлопчатобумажным уплотнением
между витками.
chipmaker.ru
256 Электрификация станков и автоматических линий
Применяемые для проводки на станках металлорукава не обес-
печивают такой герметичности, как газовые трубы. Металлорукава,
специально предназначенные для передачи жидкостей, нельзя круто
изгибать, и поэтому они при электрификации станков не употреб-
ляются По изложенным причинам в местах, подверженных воздей-
ствию указанных выше жидкостей, для прокладки в металлорукавах
нельзя применять провода с недостаточно маслостоикои, например,
Фиг. 194. Присоединение
подвижного провода.
с резиновой изоляцией.
В цепях управления применяют только
медные провода (сечением 1 или 1,5 мм2).
Алюминиевые провода иногда употребляют
лишь для монтажа цепей рабочего тока (при
отсутствии гибких соединений).
Концы труб и металлорукавов должны
иметь уплотнения, не допускающие попада-
ния жидкости внутрь трубы.
На многих подвижных узлах станков уста-
навливают электродвигатели, электромаг-
нитные муфты, кнопочные станции, путевые
переключатели и другое электрооборудова-
ние. Подвод тока к таким узлам наиболее
часто осуществляют путем прокладки гибких
проводов с резиновой или винилитовой
изоляцией в резино-тканевом рукаве. Этот
рукав закрепляется на концах посредством
устройства, показанного на фиг. 194 и со-
стоящего из угольника /, к которому с помощью скобы 3 крепится
рукав 2. Внутрь рукава во избежание его смятия вложена жесткая
втулка.
При натягиваниях рукава в плоскости, перпендикулярной к чер-
тежу, угольник 1 может поворачиваться в резьбовом соединении,
выполненном для этой цели достаточно свободным.
Неподвижная точка подвеса рукава должна быть выбрана
с таким расчетом, чтобы длина шланга была наименьшей и чтобы
при перемещениях подвижного узла станка рукав не касался
пола.
При значительных перемещениях эту точку часто приходится
поднимать, используя для этой цели отдельный шкаф управления,
установленный вблизи станка, или специальную стойку. Таким
образом может быть обеспечен подвод тока к узлам станков с дли-
ной хода до 20 м.
При необходимости перемещения на большую длину в отечествен-
ном станкостроении нашел также применение способ подвода тока
к подвижным узлам станков, показанный на фиг. 195. Подвижный
шланг или многожильный шланговый провод, смотанный витками,
подвешивается на проволочных крючьях к натянутому на кронштей-
нах параллельно станине стальному тросу. При перемещении дви-
Проектирование и монтаж электрооборудования станка
257
жущегося узла станка в одну сторону витки шланга, скользя по тросу,
раздвигаются, при перемещении в другую — сдвигаются.
Резино-тканевые рукава состоят из внутренней резиновой трубки,
оплетенной несколькими слоями прорезиненной ткани, и верхнего
резинового слоя. Кроме того, на рукав иногда натягивают защитную
плетенку из стальной проволоки. Резино-тканевые рукава изготов-
ляют с внутренним диаметром от 3 до 150 мм.
Кроме рукавов, для подвижных соединений применяют также
многожильные провода и кабели марок ШРПС, PIIIM и КРИТ.
При больших длинах хода используют шины или троллейные про-
вода, подобные применяемым в подъемно-транспортных сооружениях.
Использование такого рода
токоподводов в станко-
строении связано, однако,
с большими трудностями,
вследствие их громоздкости.
При малых и редких
перемещениях подвижных
узлов станков используют
Фиг. 195. Подвижное соединение.
металлические рукава.
Проект размещения электрооборудования на станке первона-
чально представляется в виде эскизной схемы.
При разработке отдельных узлов станка (станины, суппорта,
коробки скоростей и пр.) в них встраиваются все необходимые эле-
менты электрооборудования. Так, например, на фиг. 196, а пред-
ставлена установка па станине двух путевых переключателей и воз-
действующего на них упора; на фиг. 196, б представлен монтаж на той
же станине электрической лампочки плафонного типа, предназначен-
ной для освещения шкалы прибора.
Монтажная электросхема. Монтаж электрического
оборудования на станке производится согласно монтажной схеме.
Как указывалось выше, па монтажных схемах расположение отдель-
ных аппаратов и их элементов должно находиться в соответствии
с их действительным расположением.
Монтажная схема составляется на основании принципиальной
схемы и эскиза размещения электрооборудования на станке. При
составлении монтажной схемы соблюдаются те же обозначения, что
и на принципиальной схеме. Аппаратура, расположенная в шкафу,
обычно обводится общей прямоугольной рамкой. Провода, идущие
в одном направлении, объединяются в пучки и вычерчиваются на
монтажной схеме одной жирной линией.
При прокладке в одной трубе или в одном металлорукаве боль-
шого числа проводов в той же тр^бе помещают резервные провода.
На каждые 7—10 проводов (в зависимости от заполнения трубы)
обычно берут один резервный провод. Провода, выходящие из трубы
или из металлорукава, в случае их разве! вления снабжаются выно-
сками с указанием их нумерации согласно схеме.
17 Харизомвнов 2890
chipmaker.ru
258 Электрификация станков и автоматических линий
Над каждым металлорукавом или газовой трубой, в которых про-
ложены провода, на монтажной схеме делается запись, указывающая
внутренний диаметр трубы или металлорукава, марку, число, по-
перечные сечения, а часто и длину проложенных внутри проводов,
и числа, соответствующие их индексам.
Фиг. 196. Установка на станке элементов электрического оборудования.
Например, если около линии, изображающей трассу проводов,
имеется запись вида ТГ 3/4" ПГВ 10 X 1,5° X 1,5 м, а под линией
указано 16, 10, 4, 1,7, 8, 14, 3, 13 + 1 рез., то такая запись означает,
что здесь проложена труба с внутренним диаметром 3/4 дюйма, в ко-
торую заключены десять проводов марки ПГВ сечепием по 1,5 мм2
каждый, обозначенных индексами 16, 10, 4, 1,7, 8, 14, 3 и 13 и что,
кроме того, проложен один резервный провод. Провода имеют длину
1,5 м.
Проектирование и монтаж электрооборудования станка
259
При монтаже на конце каждого провода укрепляется кольцо
(бирка) из картона или жести, на котором проставляется индекс
провода. Вместо такого кольца на конец провода надевают также
отрезок хлорвиниловой трубки, на котором специальными черни-
лами делают соответствующую надпись. Кроме того, индекс про-
вода гравируют на корпусе аппарата, выполненном из пластмассы;
гравированные буквы и цифры заполняют белилами.
Для лучшего различия отдельных цепей электрической схемы
в настоящее время применяют провода с цветной винилитовой изо-
ляцией.
При монтаже электрооборудования металлорежущих станков
широко применяют клеммники, представляющие собой пластмас-
совые рейки с зажимами, к которым присоединяются концы проводов.
С помощью таких клеммников внешние провода присоединяются
к электропроводке в шкафу управления станка или к электро-
проводке на самом станке.
На фиг. 197 представлена монтажная схема координатно-расточ-
ного станка 2450. Размещение элементов электрооборудования на
этой схеме соответствует их действительному расположению на
станке. Для удобства ориентации на том же чертеже нанесены кон-
туры станка (что делается, однако, не всегда).
В тех случаях, когда применяют в основном провода одной и той
же марки, марку провода на каждой линии не проставляют, ограни-
чиваясь! специальным примечанием на чертеже.
11а чертежах делают ряд примечаний монтажного характера.
Так, например, указывается, что концы проводов для подвода их
под болт должны быть свернуты в кольцо и залужены, что. провода
сечением свыше 2,5 мм2 должны иметь кабельные наконечники, что
пучки проводов, проложенные в нишах, должны быть обмотаны
киперной лентой и покрыты лаком и т. д.
Клеммник, показанный внизу правей части монтажной схемы
(фиг. 197), присоединяется к шкафу управления. Монтажная схема
шкафа управления показана на фиг. 198. В нем же размещена
генераторная установка, предназначенная для питания электро-
двигателя ЗМ. Монтажные схемы обычно снабжают выносками
с указанием наименований и типов примененной аппаратуры (на
фиг. 197 и 198 спи не приведены).
Следует отметить, что на фиг. 197 и 198 приведены схемы, выпол-
ненные в соответствии с тенденциями, принятыми на одном заводе
(в данном случае, на Заводе внутришлифовальных станков). Эти
тенденции на различных промышленных предприятиях несколько
отличаются. Так, например, иногда провода цепей рабочего тока
к к ьеммникам не присоединяют, избегают к одному зажиму присоеди-
нять два провода, группируют провода, присоединяемые к клеммни-
кам, по принципу одинаковой номерности и т. д.
Электроэнергия подводится к шкафу управления чаще всего от
системы цеховых шинных сборок, представляющих три изолирован-
17*
chipmaker.ru
Фиг. 19Н Монтажная схема шкафа управления ставка 24W,
Л"rm пику
3*2,5°хЬм
chipmaker.ru
♦иг. 198 Монтажная схема шкафа управления «танка “4в0.
chipmaker.ru
ШРПС 2x1°*Z,t>M
ШРПС 4х1ах1>,5м
(3 шланга}
Харизоыеиов 2890
ШРПС 1>х1охЗм
Фиг. 197. Монтажная электросхема стайка 2450.
chipmaker.ru
1ЛГ
г-Л-n7
6КУ -----------1
1 -25
11 188 13
КРПТ 2*2 ° хЗм
15
13 11 23 5 15 25 В 65 Bl 89
ШРПС 2x0.75° *0.6
2III
бвк
I-----------------
< 3
--------1
9:>
47
|-ь “ 7
J 5ВК
1ЛМ
2Ли
С^7,
С' ПС 6*1° кЗм
12 шланга}
злм злш
73 8Ь
Ц 75 79
!ЗКУ
2РШ
37
39
83
8
ШРПС 2х1°х2.5м
5:\5l\57 5 8
36 у о 37
45 [°__;
ШРПС 2 х 1°*3м
±517ВК
"о 45
,3Cj 61 1 61 й,
ШРПС 6X1° *3 М
ШРПС 6*1°хЗм
ШРПС 2*1° *2,5'-,
10 83 шРПС
'у-у2х1ах\5м
ШРПС Ь*1а*Ь,5м
(3шланга)
69
15
63
13
25
26
87
89
28
8
83
51
57
1
61
65
67
4J
35
45
47
37
39
Л25
"36
зс-
зс:
зс}
85
31
47
j3
55
69
Фиг. 197. Монтажная электросхема станка 2450.
chipmaker.ru
260 Электрификация станков и автоматических линий
ные стальные полосы, заключенные в общий кожух, укрепленный
на стенах, на колоннах цеха или на специальных стойках.
В отдельных случаях ввод делается от кабельной сети цеха, откры-
той проводки по стенам или проводов, уложенных в каналах в полу
цеха.
Проектирование шкафов и ниш. В нишах аппа-
ратуру размещают на стенках и на крышках.
Электрические аппараты без кожухов с передним присоедине-
нием проводов монтируют на листе стали (панели), который перед
этим покрывают тонким листом винипласта, гетипакса или тек-
столита. После монтажа аппаратуры панель вставляют в нишу.
Электроаппаратура, помещенная в нишах и шкафах управления,
должна быть надежно защищена от брызг масла, охлаждающей
жидкости, а также металлической пыли. Поэтому дверки и крышки
часто снабжают уплотнениями из мягкой резины. При малых объе-
мах ниши или шкафа в них делают вентиляционные отверстия.
В случае сложной электросхемы и большого числа аппаратов
монтаж в нишах затруднителен и применяется монтаж аппаратуры
в шкафах управления. Шкафы обычно изготовляют из листового же-
леза сварными. Монтаж аппаратуры с передним присоединением
в шкафах выполняется так же, как в нишах. В промежутках между
отдельными аппаратами укладывают соединительные провода. Сое-
динения между аппаратами, установленными в нишах и шкафах
управления, в проекте электрооборудования станка обычно не по-
казывают и представляют монтажникам на месте подбирать наи-
более удобные формы соединительных проводов. Для увеличения
жесткости провода, идущие в одном направлении, связывают в пучки.
Монтаж электрической аппаратуры в шкафах можно выполнять
также на рамах, собранных из угловой и полосовой стали. Раму
вставляют в шкаф управления таким образом, что между нею и зад-
ней стенкой шкафа остается некоторый зазор.
Элементы электрического оборудования часто приходится раз-
мещать на всех наружных поверхностях той или иной части станка.
При размещении электрооборудования в нишах его нередко монти-
руют на боковых стенках, дверцах и т. д.
Поэтому монтажные схемы изображают в виде развертки на пло-
скость всех поверхностей, на которых размещается оборудование.
Принцип развертывания плоскостей показан на фиг. 199, где
справа представлена развертка наружных плоскостей, а слева —
внутренних.
Развертывание обычно делается относительно плоскости с наи-
большим числом смонтированных на ней элементов (в данном случае—
плоскости 3).
Своеобразны шкафы управления фирмы «Телемаканик-электрик» (Франция)
где применена аппаратура специального исполнения, не имеющая панелей, располо-
женная на горизонтальных перекладинах-рейках. К этим рейкам в отдельности
крепятся все элементы данного аппарата: электромагниты, рабочие и блокировоч-
ные контакты (в нужном числе) и т. п.
Проектирование и монтаж электрооборудования станка
261
Во избежание случайных прикосновений к токоведущим частям
электрооборудования шкафы управления снабжают замком. Часто
при этом устраивается механическая или электрическая блокировка,
Фиг. 199. Развертка поверхностей размещения электрооборудования.
которая позволяет открыть шкаф только тогда, когда вводный ру-
бильник выключен и, следовательно, все электрооборудование станка
не находится под напряжением.
Фиг. 200. Шкаф управления в форме стола.
Для того чтобы шкафы занимали наименьшую площадь пола, их
делают обычно высокими. Однако при конструировании станка 2450
пошли по другому пути. В данном случае шкафу придана форма
стола с закрытым подстольем (фиг. 200). Крышка этого стола
ihipmaker.ru
262
Э пектрификацая станков и автоматических линий
и устроенный в нем выдвижной ящик используются для производ-
ственных нужд. Внутри подстолья устанавливается генератор постоян-
ного тока и вращающий его асинхронный двигатель, а также мон-
тируется аппаратура. Как видно на фотографии, слева установлены
клеммники, затем предохранители, наверху трубчатые 1, внизу про-
бочные 2, далее трансформаторы 3 и под ними тепловые реле. В пра-
вом верхнем углу установлены два реле времени — пневматическое 4
и маятниковое 5. Ниже
расположены маломощные
контакторы 6. Подобные
столы представляют зна-
чительное удобство. На
них могут быть помещены
чертежи, заготовки или
обработанные детали.
В ящиках таких столов
можно хранить инстру-
мент, приборы, обтироч-
ный материал и т. п.
Подобное размещение
электрооборудования
имеет также резьбошлифо-
вальныи станок 582.
Специальная
аппаратура. Наряду
со стандартной аппарату-
рой электрооборудование
станка часто включает
электроаппаратуру, спе-
циально изготовляемую
для этого станка.
В рассматриваемом станке 2450 применен реостат (регулятор)
возбужения электродвигателя, снабженный электроприводом и
допускающий дистанционное управление посредством кнопок
(фиг. 201). На концах пути поворотного движка реостата установлены
конечные переключатели 6ВК и 7ВК (см. фиг. 192).
Заземление. Если какой-либо элемент станка или его
электрооборудования (кожух, шкаф, труба и пр.) по причине той
или иной аварии окажется под напряжением относительно земли, то
при случайном прикосновении к нему человека через тело его прой-
дет ток, величина которого зависит от величины напряжения
и сопротивлений цепи, в которую входит тело человека. При соеди-
нении этого элемента станка с землей прикосновение к нему безо-
пасно для человека. В данном случае при аварийном соединении
тскозедущей части с заземленным элементом станка земля и этот
элемент оказываются эквипотенциальными, как, например, две сосед-
ние точки хорошего проводника. Между этими точками не может
Фиг. 201. Реостат возбуждения с сервоприводом.
Проектирование и монтаж электрооборудования станка
263
возникнуть значительного напряжения и прикосновение к ним вполне
безопасно.
По изложенной причине все элементы электрооборудования стан-
ка, не несущие тока (корпусы, кожухи, шкафы, трубы и пр.), должны
быть надежно заземлены. Для осуществления заземления эти части
должны иметь хорошее электрическое соединение со станиной станка,
которая, в свою очередь, имеет надежное электрическое соединение
с системой заземления завода. Это соединение производится посред-
ством стальной полосы, луженый конец которой при помощи луже-
ного винта поджимается к станине станка, поверхность которой в этом
месте также залуживается.
Если при установке аппарата образуется хорошее электрическое
соединение кожуха его со станиной станка, дополнительного заземле-
ния аппарата не требуется. Во многих случаях, однако, такого надеж-
ного соединения не образуется. Эго относится прежде всего к аппа-
ратуре, находящейся на подвижных частях станка. В этом случае
необходимо предусмотреть особый гибкий заземляющий провод,
который помещается в том же резиновом шланге, в котором проло-
жены токонесущие провода. Использование для целей заземления
оболочки гибкого металлорукава не разрешается.
На всех чертежах проекта электрооборудования станка, где
требуется предусмотреть заземление, об этом делается соответствую-
щее указание.
Освещение станка. Особое месго занимает электри-
ческое освещение станка.
Рабочий у станка выполняет операции, связанные с установкой
заготовки, ее обработкой и измерением. При этом необходимо четко
различать деления на шкалах измерительных инструментов и при-
боров. Это достигается при освещенности 150 лк.
В некоторых случаях, помимо того, необходимо невооруженным
глазом оценивать качество поверхности, различать весьма мелкие
трещины, вмятины, раковины. Для этого необходима освещенность
300—500 лк.
Общее освещение цеха в рабочей зоне станка таких освещенностей
создать не может. Поэтому для обеспечения нужной освещенности
используют местное освещение станка.
На фиг. 202 показан кронштейн типа К-1 со светильником (лампой
с арматурой), употребляемый для местного освещения станков.
Лампы местного освещения станков в целях обеспечения безопас-
ности включают на напряжение, не превышающее 36 в. Установки
местного освещения станков присоединяют к силовой сети цеха. Эго
имеет известное эксплуатационное преимущество, так как при
авариях осветительной сети местное освещение продолжает дей-
ствовать (вместе с аварийным освещением цеха).
Осычно каждый станок имеет индивидуальное питание местного
освещения. Это питание осуществляется посредством маломощного
понижающего однофазного трансформатора с двухполюсным вошлю-
chipmaker.ru
264
Электрификация станков и автоматических линий
чателем и предохранителем (фиг. 203). Один из полюсов вторичной
обмотки присоединяется к газовой трубе, в которой проложен вто-
рой проводник и которая сама используется в качестве провода.
В качестве одного из проводов вторичной цепи понижающего транс-
форматора местного освещения часто используют также и станину
станка. При обычно применяемых напряжениях 12 или 36 ь такого
рода мероприятия весьма распространены.
Фиг. 202. Кронштейн со светильником для местного освещения станков.
Трансформатор местного освещения обычно присоединяется после
вводного рубильника (фиг. 203). Иногда присоединяют этот трансфор-
матор до вводного рубильника, как это показано на фиг. 203 пункти-
ром. В этом случае при ремонте электрооборудования станка можно
пользоваться переносной лампой низкого напряжения. Однако теперь
при выключенном вводном рубильнике первичная обмотка трансфор-
матора местного освещения будет находиться под напряжением, вслед-
ствие чего полной безопасности при ремонте не достигается.
На фиг. 204, а, б, в иг приведены соответственно примеры уста-
новки светильников на токарном станке, горизонтально-фрезерном,
вертикально-фрезерном и поперечно-строгальном. Обычными местами
крепления кронштейнов светильников служит станина станка, ее
Проектирование и монтаж электрооборудования станка
265
ребра, задняя стенка коробки скоростей (фиг. 204, а), каретка суп-
порта (у токарных станков), хобот на фрезерных станках (фиг. 204, б),
кожух шлифовального круга на шлифовальных станках, корыто и пр.
На крышках и люках кронштейны, как правило, не устанавли-
вают. В некоторых случаях применяют софиты.
Сигнализация имеет существенное значение для управле-
ния современными станками.
Для сигнализации чаще всего применяют малогабаритные лампы
мощностью до 2 вт при напряжении до 24 в. Арматура лампы, вы-
полненная из пластмассы, имеет цветной прозрачный колпачок. На
фиг. 205 представлена арматура лампы на 127 в.
На фиг. 206, а и б представлены схемы включения сигнальных
ламп. Следует иметь в виду, что отсутствие накала сигнальной лампы
может иметь место как в случае размыкания ее цепи, так и при
перегорании нити. В связи с этим целесообразнее сигнальные лампы
включать последовательно с добавочным сопротивлением (фиг. 206, б).
При этом сигнальная лампа СЛ постоянно включена последовательно
с сопротивлением /?„ и имеет слабый накал. При замыкании кон-
такта /( добавочное сопротивление /?й замыкается накоротко и лампа
получает полный накал.
В некоторых случаях на металлорежущих станках применяют
звуковую сигнализацию (рожок или сирена).
Описание электрооборудования станка.
В этом описании обычно дается краткая характеристика применен-
ных электрических машин с указанием их назначения и основных
технических данных. Далее приводится общая характеристика при-
мененной аппаратуры. После этого следует описание действия элек-
тросхемы.
Ниже приведена часть описания электрической схемы (фиг. 192)
того же расточного станка 2450.
«При пуске станка в ход необходимо повернуть рукоятку вводного
выключателя ВВ, расположенного слева на передней стенке стола-
шкафа, после чего, нажав на кнопку 2КУ, расположенную там же,
пустить генератор; при этом на передней части шпиндельной бабки
загорается сигнальная лампа 1ЛС.
Включение двигателя расточного шпинделя и насоса охлаждения
производится кнопкой 6КУ, расположенной на передней части шпин-
дельной бабки. При замыкании нормально открытых (н. о.) контактов
кнопки 6КУ катушки пускателя ЗК и реле времени 1РВ получают
питание по цепи: А — 3 — 5 — 11 — 13 — 15 — 17 (19) —6 — 4 —
— 2 — Ву> и т. д.
Упомянутый в описании стол представлен на фиг. 200.
К описанию электрооборудования станка прикладываются крат-
кие указания по обслуживанию электрооборудования. В этом мате-
риале обычно содержатся следующие сведения.
Указывается, что перед осмотром электроаппаратуры необходимо
отключить электрооборудование станка от питающей сети. Даются
chipmaker.ru
Электрификация станков и автоматических линий
266
Фиг. 203. Схема местного освещения.
Фиг. 204. Местное освещение на станках.
Проектиросание и монтаж электрооборудования станка
267
основные указания по уходу за электрическими машинами. В частно-
сти, указывается, что электрические машины необходимо периоди-
чески очищать от скопления пыли, масла и грязи, что не реже раза
в год электрические машины требуют разборки и чистки, а дважды
в год смазки шариковых подшипников тавотом. Указываемся, что
температура подшипников не должна
превышать 70°.
Если в электрооборудование
станка входят машины постоянного
тока, то даются основные указания
по обеспечению хорошей коммутации.
Далее указывается на необходи-
мость контроля сопротивления изо-
ляции электрических машин, указы-
677
в
СП
Фиг. 205. Арматура сигнальной лампы. Фиг. 206. Схемы включения сигнальных
ламп.
вается ее минимально допустимая величина при нагреве машины
до определенной температуры.
Приводятся также основные сведения по уходу за релейно-контак-
торной аппаратурой. Указывается, что: все контакты должны быть
чистыми (отсутствие грязи, пыли и нагара); при нагаре, при образо-
вании медных капель («корольков») поверхность контактов нужно
запилить бархатным напильником; надежная работа контакторов
обеспечивается лишь при напряжениях сети, заключенные в пределах
85—105% номинального. Указывается на необходимость периоди-
ческой смазки машинным маслом местсоприкосновения якоря с сердеч-
ником во избежание ржавления (после чего место стыка насухо
вытирается).
Указываются также причины, вызывающие гудение магнитопро-
вода (плохая стяжка, обрыв демпферного витка, неплотное прилега-
ние якоря к сердечнику, чрезмерное нажатие).
Помимо общих указаний, подобных приведенным выше, даются
основные сведения по уходу за специальным оборудованием (напри-
мер, электронная аппаратура, ЭМУ, электромагнитные муфты и пр.).
chipmaker.ru
268 Электрификация станков и автоматических линий
§ 40. ЭЛЕКТРИФИКАЦИЯ СТАНКОВ ТОКАРНОЙ ГРУППЫ
Токари о-в инторезные станки общего назначения
малых и средних размеров обычно имеют ступенчатое чисто меха-
ническое регулирование скорости. Привод их обычно осуществляется
от асинхронных короткозамкнутых двигателей. Значительно реже
употребляются асинхронные двигатели с переключением полюсов,
применение которых дает возможность упростить коробку скоростей
станка. Вследствие необходимости обеспечить возможность нарезания
резьбы, цепь подачи обычно получает движение от главного электро-
двигателя. Вспомогательные электродвигатели применяются лишь
для обеспечения быстрых перемещений суппорта и для привода
насоса охлаждающей жидкости.
Быстрая остановка таких станков или их реверс обычно дости-
гаются посредством фрикционных муфт, отделяющих электродви-
гатель от остальной части кинематической цепи, которая притор-
маживается или реверсируется. Для станков с невысокими скоро-
стями вращения шпинделя такое отделение электродвигателя свя-
зано с резким уменьшением общего махового момента и со значитель-
ным уменьшением продолжительности процесса реверса.
Варианты электрификации токарно-винторезных станков
Привод главного движения
1. Нерегулируемый асинхронный короткозамкнутый двигатель с коробкой
скоростей. 2. Двухскоростной асинхронный двигатель с коробкой скоростей. 3. Дви-
гатель постоянного тока с параллельным возбуждением (у тяжелых станков). 4. Си-
стема генератор — двигатель (у тяжелых станков). 5. Привод с ЭМУ (у тяжелых
станков).
Общий диапазон регулирования 20—120
реверс двигателем или фрикционной муфтой
Торможение: 1) механическое посредством фрикционной муфты; 2) посредством
электромагнита; 3) противовключением; 4) динамическое (асинхронный двига-
тель и двигатель постоянного тока); 5) с рекуперацией (система Г — Д).
Привод подачи
1. От главного привода. 2. Посредством системы синхронной связи (у тяжелых
станков).
Общий диапазон регулирования 5—60.
Вспомогательные приводы
1. Насос охлаждения. 2. Быстрое передвижение суппорта. 3. Передвижение
з щгей бабки (у тяжелых станков). 4. Зажим задней бабки (у тяжелых станков).
5. Пепемещение пиноли. 6. Перемещение блоков зубчатых колес коробки скоростей
(у тяжелых станков). 7. Насос смазки. 8. Перемещение движка регулировочного
реостага. 9. Вентилятор главного двигателя (у тяжелых станков). 10. Зажим детали.
Дополнительные электромеханические устройства
Электромагнитные муфты для управления подачи суппорта.
Электрификация станков токарной группы
26У
Элементы автоматизации
1. Отключение двигатели во время перерывов в работе станка. 2. Автоматиче-
ский отвод резца по окончании обработки. 3. Программная автоматизация цикла.
4. Электрические копировальные устройства.
Контроль и сигнализация
1. Тахометры. 2. Амперметры и ваттметры в цепи двигателя главного при-
вода. 3. Приборы для определения скорости резания. 4. Контроль температуры
подшипников. 5. Контроль наличия смазки
На фиг. 207 представлена принципиальная электросхема цепи
управления токарно-винторезного станка 1К62 (завод «Красный
пролетарий»).
Фиг. 207. Электросхема токарного станка 1К62.
Станок имеет четыре асинхронных короткозамкнутых двигателя:
привода главного движения — 10 кет, 1440 об/мин; привода
насоса охлаждающей жидкости — 0,125 кет, 2800 об/мин; пэр вода
насоса копировальной гидросистемы — 1 кет, 930 об/ми i и npi вода
быстрых перемещений суппорта — 1 кет, 1410 об/мин.
Контактор КГ (фиг. 207) включает сразу три первых двигателя,
причем в случае необходимости двигатель насоса охлаждения может
быть отключен посредством пакетного переключателя, а двигатель
насоса гидросистемы — посредством штепсельной вилки.
После окончания обработки детали отключается фрикционная
муфта и замыкается н. о. контакт путевого переключателя КВ,
связанного с муфтой. При этом включается реле времени РВ и после
отработки установленного промежутка времени св< им н. з. контактом
разрывает цепь катушки контактора КГ. Такое устройство применено
для того, чтобы двигатель главного движения отключался лишь при
достаточно продолжительной паузе, когда при его отключении имеет
место значительная экономия энергии.
Двигатель быстрых ходов включается посредством контак-
тора КБХ. Цепь катушки этого контактора замыкается путевым
переключателем БХ, связанным с вспомогательным шлицевым вали-
ком, параллельным ходовому винту. Поворот этого валика произво-
дится посредством рукоятки, установленной на суппорте и передви-
гающейся вместе с ним. Такое устройство позволяет не применять
r.ru
270
Электрификация станков и автоматические линий
подвижных соединений, связанных с установкой элементов электро-
оборудования на подвижных узлах станка.
В некоторых случаях к токарным станкам средних размеров произ-
водится пристройка устройства для электрического копирования.
Такое устройство пристроено к токарному станку 1620, где для при-
Фиг. 208. Электросхема токарного станка 165.
вода копировального устройства применены электромагнитные муфты
(см. § 36). В последние годы с электрокопировальнымн устройствами
токарных станков успешно конкурируют более простые гидрокопи-
ровальные приспособления.
На фиг. 208, а и б приведены соответственно схема цепей рабочего
тока и упрощенная схема цепей управления универсальным токарно-
винторезным станком 165 (Рязанский станкозавод). У этого станка
реверс шпинделя осуществляется электродвигателем (28 кет,
1450 об/мин), причем используется торможение противовключением.
При нажатии кнопки В (фиг. 208, б) включается контактор КТ,
рабочие контакты которого закорачивают тормозное сопротивление.
Электрификация станков токарной группы
271
Этот контактор своим и. о. контактом включает промежуточное
реле ПКТ. Н. о. контакты этого реле закрываются, включается кон*
тактор КВ и привод главного движения начинает вращаться. Пита*
ние катушки КВ после опускания кнопки В происходит через два
н. о. контакта ПКТ, и. о. контакт КВ и н. з. контакт КН.
При нажатии кнопки С все н. о. контакты размыкаются, а когда
кнопка С будет отпущена, через н. о. контакт реле контроля скоро-
сти РСВ включается катушка
контактора КН и возникает тор-
можение противовключением.
Когда скорость вращения элек-
тродвигателя упадет до доста-
точно малой величины, размы-
кается контакт РСВ и двига-
тель отключается от сети. Во
время торможения контак-
тор КТ отключен и поэтому в
цепь статора электродвигателя
введено тормозное сопротивле-
ние.
В нижней части схемы по-
казаны цепи управления кон-
тактором КО, включающим дви-
гатель (0,15 кет, 2800 об/мин)
привода насоса охлаждающей
жидкости, и контактором КК,
управляющим двигателем
(1,7 кет, 1420 об/мин) ускорен-
ного перемещения суппортов.
Катушка контактора КК вклю-
Фиг. 209 Электросхема тяжелого токар-
ного станка 1683.
чается посредством поворота ру-
коятки на суппорте, воздействующей на путевой переключатель РК-
Маятниковое реле времени РВМ включается одновременно с кон-
тактором КТ и спустя некоторое время раскрываетсвой н. з. контакт,
включенный параллельно амперметру А (фиг. 208, а). Таким об-
разом амперметр предохраняется от воздействия пусковых токов.
У данного станка кнопочное управление главным двигателем
может осуществляться из двух различных мест, что на упрощенной
схеме, приведенной на фиг. 208, б, не показано.
Перемещение суппорта и его каретки осуществляется включением
электромагнитных муфт, установленных на суппорте. Кинематиче-
ская схема подобна представленной на фиг. 173. Схема включения
этих муфт на фиг. 208, б также не показана.
На фиг. 209 представлена упрощенная электросхема привода
главного движения тяжелых токарных станков с мощностью привод-
ного двигателя 150—250 кет. В схеме применен электромашинный
усилитель У, питающий обмотку ОВГ возбуждения генератора Г.
chipmaker.ru
272 Электрификация станков и автоматических линий
На обмотку ОУ-1 электромашинного усилителя подается разность
задающего напряжения постоянного тока, снимаемого с потенцио-
метра РВГ, и напряжения, пропорционального скорости вращения
электродвигателя Д. Такая схема обеспечивает постоянство заданной
скорости вращения. Перемещением движка потенциометра РВГ изме-
няют задающее напряжение, а следовательно, и скорость вращения
электродвигателя Д.
Скорость вращения можно также изменять посредством рео-
стата РВД, включенного в цепь обмотки ОВД возбуждения, электро-
двигателя Д.
Обмотка ОУ-2 электромашинного усилителя осуществляет огра-
ничение тока в цепи якоря электродвигателя. На зажимы этой об-
мотки подается разность эталонного напряжения, снимаемого с потен-
циометра ПТ, и напряжения, пропорционального току электродви-
гателя и снимаемого с обмоток дополнительных полюсов двигателя
и генератора.
Когда ток превосходит некоторую величину, пропорциональное
ему напряжение становится больше эталонного и производится умень-
шение магнитного потока генератора Г.
Когда ток мал и напряжение, пропорциональное ему, меньше
эталонного, воздействие на обмотку ОУ-2 напряжения, снимаемого
с потенциометра ПТ, исключается. Это обеспечивается схемой вклю-
чения выпрямителя В2.
Обмотка управления ОУ-3, включенная через стабилизирующий
трансформатор ТС, ускоряет протекание переходных процессов
и предотвращает возникновение колебаний.
Для привода токари о-p евольверных станков
наиболее часто применяется асинхронный двигатель с короткозамк-
нутым ротором. У станков небольших размеров применяют также
асинхронные двигатели с переключением полюсов, причем в отдель-
ных случаях, применяя четырехскоростные электродвигатели, огра-
ничиваются чисто электрическим регулированием скорости враще-
ния шпинделя (например, фирма Герберт, Англия).
Для облегчения управления и повышения производительности
станка применяют механическую связь переключателя полюсов
с револьверной головкой, что позволяет при переходе на другой
инструмент сразу получить скорость резания, соответствующую этому
инструменту. Специальная конструкция переключателя дает воз-
можность производить быстрою переналадку описанного устрой-
ства на изготовление любой новой детали. Такое управление можно
также использовать при регулируемом электродвигателе постоянного
тока, применяемом для привода шпинделя.
В случае использования на револьверном станке электрического
управления подачей переключатель, связанный с револьверной
головкой, может обеспечить при всяком переходе на обработку новым
инструментом также и подачу, соответствующую этому инстру-
менту.
Электрификация станков токарной группы
273
Наиболее распространенной формой описанного управления
является электрическое переключение ступеней механического регу-
лирования посредством многодисковых электромагнитных м\фт.
Автоматизируя последовательность перемещений такого станка,
можно получить револьверный электроавтомат, быстро переналажи-
ваемый на производство любой другой детали.
Ниже перечисляются основные формы электрификации револь-
верных станков.
Варианты электрификации револьверных станков
Привод главного движения
1) Реверсивный асинхронный двигатель с к-з. ротором; 2) асинхронный дви-
гатель с переключением полюсов.
Торможение: 1) посредством электромагнита; 2) противовключением.
Общий диапазон регулирования 20 — 6 0.
Привод подачи
I) Механический от цепи главного движения; 2) асинхронный двигатель с к.-з.
ротором; 3) регулируемая гидросистема.
Общий диапазон регулирования 6—80.
Вспомогательные приводы
1) Быстрое перемещение револьверного суппорта; 2) насос охлаждения; 3) подъ-
емник; 4) поворот револьверной головки; 5) подача и зажим прутка.
Специальные электромеханические устройства и блокировки
I) Электромагнитные муфты для переключения скоростей и подач; 2) программ-
ная автоматизация цикла с быстрой переналадкой.
Примером автоматизированного револьверного станка может
служить станок 1326, разработанный в ЭНИМС несколько лет тому
назад.
На фиг. 210 представлена кинематическая схема этого станка.
Станок обслуживается четырьмя электродвигателями. Для привода
шпинделя применен асинхронный трехскоростной двигатель 1 с
переключением полюсов (мощностью 4,3 квш)\ асинхронный дви-
гатель 2 с короткозамкнутым ротором служит для быстрого отвода
головки, двигатель 3 приводит во вращение насосы охлаждающей
жидкости и смазки, а двигатель 4 осуществляет подачу и зажим прут-
ка. Кроме того, в цепь главного движения введены три электромагнит-
ные многодисковые муфты 5, 6 и 7, благодаря которым в цепь может
быть введен перебор, дающий возможность получить на шпинделе
станка шесть скоростей вращения, переключаемых на ходу (при ср =
— 2). В цепь подачи введено еще семь однодисковых электромагнитных
муфт, причем включение одной из муфт 8, 9 или 10 обеспечивает
определенную величину подачи; включением муфт 11 или 12 опре-
18 Хариэомеяов М С
chipmaker.ru
274
Электрификация станков и автоматических линий
Электрификация станков токарной группы
275
деляется направление рабочей подачи, муфта 13 дает включение
подачи, а включением муфты 14 обеспечивается переключение головки
на быстрый отвод, осуществляемый электродвигателем 2.
При каждом отводе суппорта револьверная головка поворачи-
вается на 60°. Вместе с головкой на тот же угол поворачивается
и командоаппарат, представляющий собой барабан 1 (фиг. 211),
сидящий на оси 2. Внутрь барабана 1, в свою очередь, встроено шесть
барабанных переключателей 3. Каждый из этих переключателей
Фиг. 211. Командоаппа-
pai станка 1326.
поворотом вручную может быть установлен так, что при подводе
его барабана к пальцам командоаппарата будет обеспечена любая
из скоростей вращения шпинделя и любая
из подач.
На фиг. 212 представлена принципиаль-
ная схема электрического управления стан-
ком. При нажатии кнопки 2КУ включается
контактор 1К и электродвигатель 1М глав-
ного привода начинает вращаться. Скорость
его вращения определяется положением ко-
мандоаппарата, а направление вращения за-
висит от положения реверсивного барабан-
ного переключателя 1Р.
Одновременно включаются двигатель 2М
быстрого отвода револьверного суппорта и
электродвигатель ЗМ привода насосов. Кон-
такты КА командоаппарата, замкнутые при
данном положении револьверной головки,
включают цепи тех или иных электромагнитных муфт 1МЭ,
2МЭ-1, 2МЭ-2 и т. д., чем и обеспечиваются требуемые скорость
вращения шпинделя и величина подачи. Муфты 7МЭ-1 и 7МЭ-2 из-
меняют направление подачи.
Подвод револьверного суппорта производится вручную. После
подвода суппорта нажатием штурвала производится включение рабо-
чей подачи. В конце рабочего хода упор нажимает на шток путевого
переключателя 2ПВ; и. о. контакт этого переключателя включает
промежуточное реле 1РП, которое выключает электромагнитную
муфту ЗМЭ-2 рабочих подач и включает муфту ЗМЭ-1 быстрого
отвода. Когда револьверный суппорт возвращается в исходное поло-
жение, срабатывает путевой переключатель ЗПВ. Реле 1РП при этом
отключается, размыкает цепь муфты ЗМЭ-1 и подготовляет включе-
ние муфты ЗМЭ-2 при новом подводе револьверного суппорта.
Так как при отводе револьверного суппорта барабанный командо-
аппарат вместе с револьверной головкой повернулся на 60°, то при
новом подводе будут иметь место другие скорости вращения шпинделя
и другие подачи.
В описанном станке использовано ступенчатое регулирование
скорости. Значительно большее увеличение производительности
можно обеспечить применением бесступенчатого регулирования.
18*
chipmaker.ru
Лг Лз
2КУ
1КУ
гк
2РП
ВКЛЮЧЕНО
РЕВЕРС
1МЭ
РЕВЕРС
ВКЛЮЧЕНО
5КУ
Харизоменов 2890
Фиг. 212. Электрэсхема станка 1326.
3 б
-И--»
3,7 ВПРЯВО
\П ВЛЕВО
\Л ВЛЕВО
3 1/ ВПРЯВО
б г
I □ 73п
Chipmaker.ru
ВО
зку
1ПВ
?Р
КН
КЛ
о-
ьку
2МЭ-2
2^3-1
зле
2ЛВ
о
1РП
1РП
1РП
ЗМЭ-1
ЗМЭ-2
кл,
। AJ
fill?!
;iWi
5МЭ
6МЭ
{иа
7МЭ-1
ЙДтП
7МЭ-2
r.ru
276
Электрификация станков и автоматических линий
Формы электрификации многорезцовых станков и
токарных автоматов
Привод главного движения
Нереверсивный нерегулируемый асинхронный двигатель с к.-з. ротором.
Торможение: 1) посредством электромагнита; 2) противовключением.
У автоматов — не требуется.
Привод подачи
1) Механический от распределительного вала, связанного с приводом главного
движения; 2) асинхронный двигатель с к.-з. ротором (у многорезцовых станков);
3) регулируемая гидросистема.
Вспомогательные приводы
1) Насос гидросистемы; 2) насос охлаждающей жидкости; 3) шнек для отвода
стружки, 4) быстрое движение суппортов (у многорезцовых станков), 5) механизм
загрузки прутков (у многошпиндельных автоматов); 6) наладочное движение толч-
ками распределительного вала.
Специальные электромеханические устройства и блокировки
1) Электромагниты для управления гидросистемой; 2) программная автомати-
зация цикла посредством кулачков, путевых переключателей и электро-гидравли-
ческого управления; 3) контроль окончания прутка (у автоматов).
Фиг. 213. Электросхема токарного многорезцового полуавтомата 1730.
На фиг. 213 представлена схема управления токарным много-
резцовым полуавтоматом 1730 (завод имени XVI партсъезда, Ново-
сибирск).
При полуавтоматическом цикле работы пуск станка производится
поднятием рукоятки, установленной на суппорте. При этом замы-
кается н. о. контакт путевого переключателя КВ-1 и замыкается
цепь катушки контактора КБВ. Этот контактор включает электро-
двигатель быстрого перемещения суппорта, и начинается быстрый
подвод суппорта. В конце подвода путевой переключатель КВ-1 под
воздействием упора размыкает свой н. о. контакт. При этом контак-
тор КБВ отключается, быстрое перемещение суппортов прекращается
Электрификация станков токарной группы
277
и начинается рабочая подача, обеспечиваемая вследствие механи-
ческой связи цепи подачи с цепью главного движения. После окон-
чания рабочей подачи рукоятка суппорта падает и контакты путевого
переключателя КВ-2 замыкают цепь катушки контактора КВН.
При этом суппорты начинают быстро отходить назад. Н. з. кон-
такт КВ-2, включенный параллельно переключателю КВ-3, раз-
мыкается. В исходном положении суппортов срабатывает путевой
переключатель КВ-3, и движение прекращается.
Контактор КГ, управляющий приводом цепи главного движения,
включается автоматически каждый раз, когда поднимают рукоятку
суппорта и начинается быстрый подвод суппортов.
В последние годы значительное развитие получили всякого рода
устройства для ускорения переналадки многошпиндельных автома-
тов посредством регулируемой гидравлической подачи с электро-
гидравлическим управлением. Для переналадки таких автоматов
на изготовление новой детали требуется всего около получаса вместо
нескольких часов, нужных для переналадки кулачковых автоматов.
К числу таких станков относится, например, шестишпиндельный
автомат типа 1А266 с электро-гидравлическим управлением.
У одношпиндельных токарных автоматов в целях обеспечения
бесступенчатого регулирования шпинделя начинают применять при-
воды с регулируемым напряжением. Примером может служить токар-
но-револьверный автомат 1А36 (завод станков-автоматов, Ленинград).
У этого станка применен привод с ЭМУ, который при каждом повороте
револьверной головки обеспечивает автоматически скорость вращения
шпинделя, требуемую при работе данного инструмента.
Формы электрификации карусельных станков
Привод главного движения
1) Асинхронный двигатель с к.-з ротором-2) асинхронный двигатель с фазовым
ротором; 3) двигатель постоянного тока (для тяжелых станков); 4) система Г — Д
с ЭМУ.
Общий диапазон регулирования до 60.
Привод подачи
1) Механический от цепи главного движения- 2) система с ЭМУ с промежуточ-
ным электронным усилителем и двумя ступенями механических передач, 3) система
Г-Д.
Общий диапазон регулирования 40—3000.
Вспомогательные приводы
1) Быстрое перемещение суппортов; 2) перемещение поперечины; 3) зажатие
поперечины. 4) насос смазки; 5) насос охлаждения, 6) вентилятор охлаждения
главного двигателя (у тяжелых станков).
Специальные электромеханические устройства и блокировки
1) Электромагнитные муфты для переключения подач; 2) контроль темпера-
туры смазки; 3) устройства для определения скорости вращения и скорости резания;
4) контроль мощности.
278 Электрификация станков и автоматических линий
В последние годы у тяжелых карусельных станков значительное
применение получили приводы по системе Г — Д с ЭМУ, работающие
по схеме, аналогичной изображенной на фиг. 209.
Для привода подачи на некоторых тяжелых карусельных стан-
ках применяется схема, представленная на фиг. 214. В этой схеме
двигатель ДС подачи суппорта питается от ЭМУ, который приводится
Фиг. 214. Электро-
схема тяжелого кару-
сельного станка.
во вращение асинхронным двигателем АД.
Свалом двигателя ДП планшайбы связан
ведущий тахогенератор ВТ, питающий потен-
циометр П. Часть напряжения этого потенцио-
метра подведена к обмотке возбуждения ОВУ
электромашинного усилителя, включенной по-
следовательно с тахогенератором Т. Этот тахо-
генератор связан с валом двигателя ДС подачи
суппорта и осуществляет отрицательную обрат-
ную связь по скорости.
При неизменной скорости вращения план-
шайбы, а следовательно, и тахогенератора ВТ
величина подачи суппорта на один оборот
планшайбы зависит от положения движка
потенциометра П. При регулировании скоро-
сти вращения главного привода напряжение
тахогенератора ВТ изменяется и, следова-
тельно, автоматически изменяется задающее
напряжение, снимаемое с потенциометра П.
Таким образом сохраняется заданная величина
подачи суппорта на один оборот вращения
планшайбы.
При пуске тяжелого карусельного станка
нужно обеспечить значительный крутящий
момент электродвигателя, так как момент со-
противления в начале движения весьма значителен.
Для сокращения времени остановки стола применяется динами-
ческое торможение.
Установочное перемещение суппортов карусельных станков осу-
ществляют или от одного общего электродвигателя для горизонталь-
ного и вертикального перемещений, или от двух различных двига-
телей для этих движений. Для указанных целей применяют обычно
асинхронные двигатели. В случае необходимости обеспечения Солее
точной остановки применяют также двигатели постоянного тока
параллельного возбуждения и используют динамическое торможение.
В последнем случае все управление обычно переводят на постоян-
ный ток. Это позволяет сократить число троллейных проводов.
Цепь рабочей подачи суппортов карусельных станков в настоящее
время обычно связывают с цепью главного движения. Включение
подачи тех или иных суппортов при этом часто производят посред-
ством электромагнитных муфт.
Электрификация станков токарной, группы
279
Привод перемещения поперечины в общем аналогичен приводам
суппортов. При очень тяжелых поперечинах, где при пуске требуется
весьма значительный момент, применяют асинхронный двигатель
с фазовым ротором.
Закрепление поперечины средних и тяжелых карусельных стан-
ков производится отдельным электродвигателем (обычно асинхрон-
ным короткозамкнутым). Контроль усилия зажатия производится
или посредством элемента, сме-
щающегося под действием уси-
лия и воздействующего на путе-
вой переключатель, или посред-
ством реле тока.
В начале отжатия электро-
двигатель должен развить
весьма значительный момент
для того, чтобы преодолеть за-
жимное усилие, увеличенное
вследствие того, что механизм
находится в покое. Для увели-
чения движущего момента при
трогании с места в кинема-
тическую цепь электродвига-
теля вводится однозубая муфта,
включающая цепь зажима тогда,
когда двигатель уже разо-
гнался.
Электродвигатель перемеще-
ния поперечины и электродви-
гатель, производящий зажим,
блокируются друг с другом
так, чтобы после окончания
Фиг. 215. Схема управления перемеще-
нием и закреплением поперечины кару-
сельного станка.
движения поперечины автоматически производился ее зажим,
а перед каждым новым перемещением автоматически происходило
освобождение от зажима. Нафиг. 215 приведена такая схема.
В процессе зажима и после него нажат путевой переключа-
тель 1ВК\ когда поперечина полностью освобождена, нажат путевой
переключатель 2ВК. Путевые переключатели ЗВК, 4ВК и 5ВК нажи-
маются при достижении поперечиной конечных положений своего
перемещения. При нажатии кнопки «Вверх» включается промежуточ-
ное реле 1РП, которое своим н. о. контактом включает катушку
контактора отжима КО. После окончания процесса отжима нажи-
мается путевой переключатель 2ВК и контактор КО отключается.
В это же время переключатель 1ВК освобождается от нажима, его
н. з. контакт включает контактор подъема КП. Подъем поперечины
продолжается до тех пор, пока кнопку «Вверх» держат нажатой.
После отпуска кнопки «Вверх» реле 1РП отключается и своим н. з.
контактом включает контактор зажатия КЗ. После достижения необ-
chipmaker.ru
Электрификация станков и автоматических линий
280
ходимого усилия зажатия контактор КЗ отключается посредством
реле тока РТ. Действие схемы при нажатии на кнопку «Вниз» ана-
логично. Сигнальная лампа ЛС, включенная последовательно с доба-
вочным сопротивлением СД, горит, когда поперечина не зажата.
Весьма большое значение для станков токарной группы имеет
проблема автоматического изменения скорости вращения шпинделя
при изменении диаметра обточки. Это мероприятие приобретает
особое значение при лобовой обточке, отрезке и при осуществлении
на токарных станках копировальных работ.
Фиг. 216. Автоматическое поддержа-
ние постоянства скорости резания.
Фиг. 217. К вопросу об обра-
ботке с постоянной скоро-
стью резания.
На фиг. 216 схематически представлено устройство для автомати-
ческого поддержания постоянства скорости резания при отрезке.
С кареткой суппорта связан движок регулировочного реостата, вклю-
ченного в цепь возбуждения двигателя привода шпинделя. По мере
приближения к оси вращения число п оборотов в минуту шпинделя
возрастает, причем закон изменения сопротивления реостата подо-
бран таким, что скорость резания v поддерживается постоянной до
тех пор, пока диапазон регулирования электродвигателя не будет
исчерпан. После этого обработка ведется с наибольшей возможной
скоростью вращения, а скорость резания падает по мере уменьшения
радиуса резания, как показано в нижней части графика фиг. 216.
Для обеспечения постоянства скорости резания используют
профильные реостаты или перемещают движок реостата посредством
специально профилированного кулачка.
Автоматическое поддержание скорости резания приводит к зна-
чительному сокращению машинного времени.
Пусть, например (фиг. 217), производится обработка прямолиней-
ного усеченного конуса с наименьшим и наибольшим радиусами
и и длиной образующей Lt.
Электрификация станков токарной группы
281
Скорость резания при радиусе у выразится формулой
Vpes = ?~УПС м/мин, (145)
где пг — скорость вращения шпинделя в об/мин, откуда скорость
вращения шпинделя
(146)
с 2ку
При обработке конуса с постоянной скоростью вращения шпин-
деля Пнм, которая является наименьшей, поскольку соответствует
наибольшему радиусу, будем иметь
„ — Срез
Пнм — 2к/?3 •
Машинное время при обработке с постоянной скоростью вращения
выразится формулой
(147)
L
Тп =
/-2г/?г
nHMs vpe3s
где s — подача вдоль оси в мм!мин.
При обработке с переменной скоростью вращения, изменяемой
таким образом, чтобы сохранить постоянство скорости резания, полу-
чим выражение машинного времени:
(148)
d/,
2ity-dlx
J vpe3sLt
О
(149)
где Li—длина образующей конуса, a si, = — подача вдоль
образующей.
Подставляя для усеченного конуса у — Rt + sin а, после
интегрирования получим
+ /?!) (150)
vpe3sLI
Данное выражение пригодно И для определения машинного вре-
мени при торцовой обточке, если принять Ll = /?2 — /?х.
При этом получим
(151)
v/e3sLi ' '
Последняя формула пригодна также для определения машин-
ного времени при отрезке с постоянной скоростью резания. В этом
случае нужно лишь иметь в виду, что при у < Rt обработка ведется
с постоянной и наибольшей скоростью вращения и переменной
скоростью резания.
282
Электрификация станков и автоматических линий
При рассмотренных видах обработки относительное сокращение
машинного времени может быть выражено формулой
VMM} <|52>
Таким образом, относительное сокращение машинного времени
от длины заготовки не зависит.
При постоянной скорости резания радиусы Rx и R2 обратно
пропорциональны соответствующим скоростям вращения пНб и пнм.
Поэтому получим
=4-0--??)• (153)
Согласно последнему выражению при диапазонах бесступенчатого
регулирования 1; 1,5; 2; 3; 4; со соответственно получим экономию
машинного времени 0; 16, 5; 25; 33, 3; 37,5 и 50%.
При обработке детали произвольных очертаний ее можно при-
ближенно рассматривать как сочетание усеченных конусов и цилин-
дров и определять машинное время указанным выше путем. Помимо
повышения производительности, в случае автоматического поддер-
жания постоянства скорости резания достигается более высокое
качество обработки.
Особое значение такое регулирование имеет при обработке тел
вращения на электрокопнровальных и гидрокопировальных стан-
ках.
§ 41. ЭЛЕКТРИФИКАЦИЯ СВЕРЛИЛЬНЫХ И РАСТОЧНЫХ СТАНКОВ
Ниже указаны основные формы электрификации сверлильных
и радиально-сверлильных станков.
Формы электрификации сверлильных и радиально-сверлильных
станков
Привод главного движения
1) Реверсивный асинхронный двигатель с к.-з. ротором; 2) реверсивный асин-
хронный двигатель с переключением полюсов; 3) система Г — Л (у тяжелых станков).
Общий диапазон регулирования: вертикально-сверлильные 2—
12, радиально-сверлильные 20—70.
Привод подачи
1) Механический от цепи главного движения; 2) гидросистема (у агрегатных
станков).
Общий диапазон регулирования: вертикально-сверлильных 2—
24, радиально-сверлильных 3—40.
Вспомогательные приводы
1) Насос охлаждения; 2) насос гидросистемы; 3) подъем и опускание рукава
(у радиально-сверлильных); 4) зажим колонны (у радиально-сверлильных); 5) пере-
мещение суппорта (у тяжелых радиально-сверлильных); 6) поворот рукава (у тя-
желых радиально-сверлильных); 7) поворот стола (у агрегатных станков).
Электрификация сверлильных и расточных станков
283
Специальные электромеханические устройства и блокировки
1) Электромагниты управления гидросистемы; 2) программная агтоматизапия
цикла посредством путевых переключателей (у агрегатных станков); 3) автомати-
ческое управление фиксацией стола (у агрегатных станков); 4) автоматическая
установка координат посредством программного управления.
Двигатель привода шпинделя у этих станков устанавливают
обычно наверху станины или суппорта таким образом, что шпиндель
и вал электродвигателя параллельны друг другу.
Стремление к сокращению числа промежуточных передач в от-
дельных случаях приводит к непосредственной связи вала электро-
двигателя со сверлильным шпинделем. Это возможно, например,
в случае применения сверл весьма малого диаметра и широко прак-
тикуется на станках часовой промышленности.
У агрегатных сверлильных станков широко используются само-
действующие головки. При малых диаметрах сверла эти самодей-
ствующие головки делаются механическими с подачей, осуществляе-
мой от кулачка, винта или рейки. При средних и больших диаметрах
сверления применяют самодействующие головки с электро-гидравли-
ческим управлением (см. § 35).
У многошпиндельных сверлильных станков применяют электро-
гидравлические самодействующие головки (§ 35), а также отдельные
электродвигатели для каждого шпинделя (в зависимости от распо-
ложения шпинделей).
Миогодвигательный привод получил значительное развитие
у радиально-сверлильных станков, где для привода
шпинделя, подъема и опускания рукава, зажима колонны, а иногда
и для поворота рукава и перемещения сверлильного суппорта приме-
няют отдельные электродвигатели. Зажим колонны у радиально-
сверлильных станков производится несколькими способами. При-
меняется зажим разрезным кольцом, которое стягивается посредством
дифференциального винта, вращаемого электродвигателем. Произ-
водят зажим колонны и посредством тормозной колодки. Применяется
также зажим при помощи электромагнита. Освобождение колонны
в этом случае производится противодействующей пружиной. Суще-
ствуют также системы, в которых зажим осуществляет пружина,
а освобождение — электромагнит.
Контроль зажимного усилия производится посредством реле
тока или с помощью путевого переключателя, на который воздей-
ствует элемент устройства, смещающийся под действием возрастаю-
щего усилия.
У сверлильных станков, во избежание поломки сверла при выходе,
большой интерес представляет автоматическое уменьшение подачи
при выходе сверла. Для решения этой задачи использовались раз-
личные средства автоматизации, например, контроль скорости шпин-
деля посредством центробежного реле, крутящего момента, усилия
подачи, тока, потребляемого электродвигателем, посредством тира-
трониой схемы.
284 Электрификация станков и автоматических линий
r.ru
У многошпиндельных сверлильных станков, предназначенных для
одновременного сверления многих отверстий малых и весьма малых
диаметров, иногда применяют блокировки, останавливающие станок
в случае поломки одного из сверл. Для этого сверла изолируются
от станины станка и при поломке сверла разрывается цепь проходя-
щего по нему тока. Такие устройства получили некоторое применение
на станках часовой промышленности.
Ниже указаны основные формы электрификации современных
расточных станков.
Электрификация расточных станков
Привод главного движения
1) Асинхронный короткозамкнутый двигатель; 2) асинхронный двигатель
с переключением полюсов; 3) система Г — Д; 4) двигатель постоянного тока.
Торможение: 1) механическое посредством фрикционной муфты; 2) по-
средством электромагнита; 3) противовключением; 4) динамическое н с рекупера-
цией (при постоянном токе).
Привод подачи
1) Механический от цепи главного движения; 2) система Г — Д с ЭМУ и элек-
тронным усилителем; 3) привод с магнитными усилителями н твердыми выпрями-
телями; 4) ионный привод.
Общий диапазон регулирования до 2000.
Вспомогательные приводы
1) Насос охлаждения; 2) ускоренное перемещение расточного шпинделя; 3) насос
смазки; 4) переключение зубчатых колес коробки скоростей; 5) зажим стойки;
6) перемещение движка регулировочного реостата.
Специальные электромеханические устройства и блокировки
1) Автоматизация управления главным приводом при переключении зубчатых
колес коробкн скоростей; 2) использование приводов постоянного тока с широким
диапазоном регулирования как для рабочих подач, так и для быстрых передвижений;
3) устройства для освещения микроскопов; 4) устройство для отсчета координат
с индуктивным датчиком.
Универсальные расточные станки с чисто механическим управле-
нием и регулированием очень громоздки и сложны. Поэтому новые
отечественные расточные станки разрабатываются на основе всесто-
роннего использования возможностей современной электрификации.
Из числа отечественных расточных станков особенно глубокой
электрификацией отличаются универсальные горизонтально-расточ-
ные станки 2631, 2633, 2635 (завод имени Свердлова, Ленинград).
В этих станках применяются для привода подач системы с ЭМУ
с широким диапазоном регулирования (до 2000 : 1) и точной останов-
кой движения в заданном положении.
Переключение скоростей цепи главного движения производится
на ходу посредством селекторного механизма, который приводится
в действие вспомогательным асинхронным двигателем малой мощ-
ности.
Электрификация сверлильных и расточных станков
285
Для привода главного движения применены асинхронные коротко-
замкнутые двигатели. Перед началом действия селекторного меха-
низма привод главного движения отключается и тормозится противо-
включением. Если при перемещении вспомогательным двигателем
блока зубчатых колес зуб во впадину не попадает, то автоматически
включается главный двигатель, зубчатые колеса поворачиваются,
вспомогательный двигатель вводит блок в зацепление, а главный
двигатель автоматически выключается. Такой процесс повторяется
при включении каждого блока. Когда переключение зубчатых колес
закончено, включается главный двигатель, а двигатель селекторного
механизма отключается.
Для привода подач, установочных и быстрых перемещений перед-
ней и задней стойки, суппорта, бабки и стола применяются двигатели
постоянного тока. Каждый из них может поочередно подключаться
к одному из двух ЭМУ, причем один ЭМУ обеспечивает рабочие
подачи, а другой — установочные ускоренные перемещения.
Таким образом, во время рабочей подачи одного элемента можно
производить установочные перемещения других узлов станка. Широ-
кий диапазон электрического регулирования такого привода поз-
воляет полностью отказаться от применения коробок подач. Управ-
ление станком чрезвычайно облегчается вследствие замены штур-
валов, рукояток и маховичков элементами электрического управле-
ния.
Электрооборудование координатно-расточного станка средних
размеров было подробно рассмотрено в § 39.
В последние годы приводы с ЭМУ получают распространение
также и на координатно-расточных станках (наряду с другими ре-
гулируемыми электроприводами).
Для уменьшения вибраций двигатели, применяемые на коорди-
натно-расточных и вообще на прецизионных станках, подвергаются
тщательной динамической балансировке.
На координатно-расточных станках особую проблему представ-
ляет точная установка шпинделя в заданных координатах, а также
автоматизация этой установки.
На фиг. 218 представлен координатно-расточной станок 2Л430
(Одесский завод сверлильных станков).
У этого станка отсчет координат производится по лимбам и счет-
ному механизму с предварительным набором размера. Команда па
остановку стола в предварительно выбранном положении осущест-
вляется посредством индуктивного датчика. Отсчет координат может
производиться во время обработки детали.
На фиг. 219 схематически представлено устройство индуктивного
отсчета координат, в котором стол / двигается вдоль неподвижного
стального винта 2, имеющего точную нарезку (с шагом 5 мл). К столу 1
прикреплены два стальных сердечника 3 и 4, на выступы 5 которых
надеты четыре катушки 6. Торцы выступов 5 покрыты точной резь-
бой с тем же шагом, что и шаг нарезки винта 2. Таким образом, сер-
chipmaker.ru
286
Электрификация станков и автоматических линий
Фиг. 218. Координатно-расточной станок 2Л430.
Электрификация строгальных станков
287
дечники 3 и 4 имеют форму проходных гаек, которых винт 2 не ка-
сается. Относительно резьбы винта сердечники см щены на пол шага.
При поступательном движении стола 1 индуктивное сопротивление
катушек 6 будет периодически изменяться, достигая наибольшего
значения в тот момент, когда между резьбами выступов и винта воз-
душный зазор становится минимальным. Катушки включены в схему
моста переменного тока. Когда индуктивное сопротивление катушек
становится одинаковым, гальванометр устанавливается на нулевое
деление шкалы. Эго нулевое положение гальванометра повторяется
через каждый шаг.
Помимо винта 2, устройство имеет винт 7, кинематически связан-
ный с винтом 2. При вращении этого винта перемещается кулачок 8.
Эгим осуществляют предварительную установку требуемой коорди-
наты. Кулачок 8 посредством рычага 9 воздействует на два микро-
переключателя 10 и //.При этом стол вначале переходит с быстрого
перемещения на медленное, а при дальнейшем повороте рычага 9
останавливается, не дойдя около 1 мм j\p требуемого точного положе-
ния. Затем, перемещая стол вручную, доводят его до положения,
в котором 1альванометр показывает нуль. При этом стол устанавли-
вается в заданное положение с точностью порядка микрона.
Данный станок допускает предварительный набор координат,
причем точное положение стола устанавливают путем поворота
винта 2, смещая таким образом взаимное положение резьб винта 2
и выступов 5. Винты снабжены лимбами и верньером, позволяющими
установить значение координаты с надлежащей точностью.
Для отсчета координат в двух взаимно перпендикулярных на-
правлениях станок снабжен двумя системами индуктивного отсчета
координат.
§ 42. ЭЛЕКТРИФИКАЦИЯ СТРОГАЛЬНЫХ СТАНКОВ
Ниже указаны основные формы электрификации продольно-стро-
гальных станков.
Электрификация продольно-строгальных станков
Привод главного движения
1) Асинхронный двигатель (нереверсивный); 2) двигатель постоянного тока
(реверсивный); 3) привод по системе Г — Д: 4) привод по системе Г — ДсЭМУ
с самовозбуждением; 5) привод по системе Г — Д с ЭМУ с поперечным полем;
6) два асинхронных двигателя с к.-з. ротором (для прямого и обратного хода),
7) асинхронный двигатель с электромагнитными муфтами.
Торможение: динамическое, с рекуперацией н противовключением при
двигателях постоянного тока н системе Г — Д.
Привод подачи (периодической и поперечной)
1) Механический от цепи главного движения; 2) асинхронный к. з двигатель;
3) двигатель постоянного тока; 4; система Г — Д; 5) система Г — Д с ЭМУ.
Вспомогательные приводы
1) Быстрое перемещение суппортов; 2) перемещение поперечины; 3) зажим
поперечины; 4) подъем резцов; 5) насос смазки.
chipmaker.ru
288
Электрификация станков и автоматических линий
Специальные электромеханические устройства и блокировки
1) Электромагниты для подъема резцов; 2) электропневматическое управление
подъемом резцов; 3) контроль смазки; 4) предотвращение возможности работы
с незажатой поперечиной, с неработающим насосом смазки.
Производительность продольно-строгальных станков в весьма
значительной степени зависит от скорости обратного хода стола.
Время, потребное на рабочий ход стола и его возвращение в исходное
положение, определяется по формуле
T = tn + tp-^tm + t'n + tox + tmt (154)
где t„— время пуска;
tp — время работы (движения с установившейся скоростью);
— время торможения;
tn — время разгона при обратном ходе;
tox — время установившегося движения при обратном ходе
стола;
tm — время торможения при обратном ходе.
Время срабатывания аппаратуры не учитывается.
Если ускорение при переходных процессах принять постоянным,
то среднюю скорость переходных процессов в м/сек при рабочем ходе
можно определить по формуле
(155)
где vp — скорость резания в м/мин.
При обратном ходе будем иметь
% = <156)
где vox — скорость стола при обратном ходе в м/мин.
Путь, пройденный столом за время переходных процессов рабо-
чего хода, можно определить из формулы
! = °ср(*п + ‘т). (157)
Путь, пройденный столом за время переходных процессов обрат-
ного хода, составит
=<₽((;+о- (158)
Время установившегося движения рабочего хода длиной L м
, L—lcnL-6O
ty = —— 60 = —--------g- m сек. (159)
и р V р £ ’
Для обратного хода путем аналогичных выкладок получим
Электрификация строгальных станков
289
/.n + 4- t' +f
2 i n i m
Время двойного хода составит
'Г _ Z.-60 । f । t । L-60
vp 2 ' ln • m • vox
или после преобразований р 60L (1 pt 1G1) kv р
где tj Vox . т* tn । m vp' — 2 1 2
Число двойных ходов может быть теперь найдено из формулы
или 60 60 /1ЛОЧ l— T 60L(l +k) , (16“) kvp • 60Ai и n 1 G{JL(\-r k) + l'kup ' ( C3)
Согласно последнему выражению число двойных ходов с уве-
личением k вначале возрастает весьма сильно, однако при увеличе-
нии k свыше 2—3 возрастание делается менее значительным. Поэтому
скорость обратного хода стола продольно-строгальных станков делают
в 2—3 раза больше скорости рабочего хода.
Реверс стола осуществляют весьма различными способами.
В течение уже 30 лет для привода небольших продольно-стро-
гальных станков применяют однодисковые электромагнитные м\г]:ты
(фирмы Берингер, Биллитер—Клунц, ФРГ и др.). Эти м^фты вра-
щаются с различными скоростями, соответствующими требуемым
скоростям рабочего и обратного хода. Муфты связывают с валом
электродвигателя посредством ременных (Берингер) или зубчатых
(Биллитер—Клунц) передач. Приводы с электромагнитными муфтами
обладают существенными недостатками. Вследствие наличия элек-
тромагнитной и механической инерции муфт, время реверса является
значительным и при работе муфт выделяется значительное количество
тепла. На продольно-строгальных станках, выпускаемых отечествен-
ными заводами в настоящее время, эта форма привода не применяется.
В случае использования реверсивного асинхронного односкорост-
ного двигателя скорость движения стола в обоих направлениях одна
и та же. Для получения повышенной скорости обратного хода при-
менялись два асинхронных двигателя, работающих попеременно
и поочередно вращающих кинематическую цепь стола с соответственно
подобранными скоростями.
Некоторое применение получили многоскоростные асинхронные
двигатели с переключением полюсов, в которых, помимо повышенной
19 Харизоменов 289Э
chipmaker.ru
290 Электрификация станков и автоматических линий
Фиг 220. Схема привода продольно-стро-
гального станка с двигателем постоян-
ного тока.
скорости обратного хода,
обеспечивается также и
ступенчатое регулирова-
ние скорости рабочего
хода. Диапазон регулиро-
вания скорости станка и
отношение скоростей рабо-
чего и обратного хода в
случае необходимости мо-
гут быть изменены рас-
смотренными ранее сред-
ствами электромеханиче-
ского регулирования.
Следует иметь в виду,
что в данном случае элек-
тродвигатель должен быть
рассчитан на большое чи-
сло реверсов в час (до
2000—2500).
Более совершенным
является привод про-
дольно-строгального стан-
ка от двигателя постоян-
ного тока с параллельным
возбуждением. Здесь элек-
тродвигатель обеспечивает
бесступенчатое регулиро-
вание скорости станка и
интенсивное электриче-
ское торможение.
На фиг. 220 представ-
лена схема управления
приводом продольно-стро-
гального станка с двига-
телем постоянного тока с
параллельным возбужде-
нием. Нужные скорости
рабочего и обратного хода
достигаются путем соот-
ветствующей установки
движков реостата возбуж-
дения РВ. Регулирование
скорости ведется обычно в
диапазоне 2,5 : 1 или 3:1.
В данной схеме при пусре
двигателя контакторы
ускорения 1У и 2У вклю-
Электрификация строгальных станков
291
чаются электромагнитными реле времени 1РУ и 2РУ с демпфером.
Контакторы 1УП и 2УП, управляемые реле ЗРУ и 4РУ, обеспечи-
вают разгон электродвигателя до нужной скорости, вводя (в два
приема) в цепь возбуждения сопротивление реостата РВ.
Реостат РВ снабжен двумя движками, что позволяет устанавли-
вать независимо друг от друга любые скорости рабочего и обратного
хода. Остановка электродвигателя сопровождается динамическим
торможением, при котором отключенный от сети якорь двигателя
замыкается на тормозное сопротивление СТ. Обмотка возбуждения
при этом включается в сеть на полное напряжение. Реверс осуще-
ствляется посредством барабанного путевого переключателя хода ИХ,
сходного по конструкции с командоконтроллером. Переключатель
хода управляется установленными на столе упорами. В конце хода
вперед от воздействия упора поворачивается барабанный переклю-
чатель хода. Его контакт ПХ-1 при этом размыкается и отключает
контакторы 1В — 2В хода вперед; другие его контакты ПХ-2 и ПХ-4
замыкаются и включают контакторы 1Н — 2Н хода назад. В конце
обратного хода соответственно размыкается контакт ПХ-2 и замы-
каются контакты ПХ-1 и ПХ-3. Переключатель ПУ обеспечивает
возможность работы в установочном и рабочем режимах в зависимо-
сти от его положения. Когда контакт ПУ замкнут, возможно управле-
ние посредством кнопок с самоблокировкой.
При отключении контакторов хода вперед и хода назад 1В — 2В
и 1Н — 2Н отключается контактор Э. Его главный контакт размы-
кается и вводит в цепь обмотки возбуждения так называемое эко-
номическое сопротивление СЭ. Наличие этого сопротивления в цепи
возбуждения электродвигателя, когда он находится в неподвижном
состоянии, уменьшает ток, а следовательно, и потери в цепи воз-
б' ждения.
Каждый раз, когда контакторы хода 1В — 2В и 1Н — 2И отклю-
чаются, замыкается цепь катушки контактора ДТ динамического
торможения (тормозное реле РТ возбуждено, пока якорь двигателя
вращается). Контактор ДТ своими главными контактами замыкает
якорь на тормозное сопротивление СТ. Напряжение на якоре умень-
шается пропорционально снижению скорости вращения электродви-
гателя. При снижении скорости до определенной малой величины
реле РТ отпадает и контактор ДТ отключается.
Недостатком привода продольно-строгального станка с двигателем
постоянного тока с параллельным возбуждением являются значитель-
ные потери энергии при реверсах.
Система генератор — двигатель этого недостатка не имеет
и, помимо того, обеспечивает значительно больший диапазон бессту-
пенчатого регулирования скорости. Процесс реверсирования стола
в этом случае занимает меньше времени, чем у привода с двигателем
постоянного тока параллельного возбуждения.
Для расширения диапазона регулирования скорости привода
продольно-строгальных станков применяют также электромашинные
19*
chipmaker.ru
292 Электрификация станков и автоматических линий
Электрификация строгальных станков
293
усилители. В частности, электромашиниые усилители с критическим
самовозбуждением применены на отечественных продольно-строгаль-
ных станках (например, 724) и на зарубежных станках (например,
фирмы Либерти, США).
Подача суппортов продольно-строгальных станков производится
обычно в конце обратного хода в течение короткого промежутка
времени. Процесс подачи должен закончиться к началу нового рабо-
чего хода (во избежание поломки резцов).
Привод подачи универсальных продольно-строгальных станков
должен допускать регулирование в пределах от 40 : 1 до 80 : 1.
Подача осуществляется механическим, электрическим и электро-
механическим путем, причем применяют как отдельные электродви-
гатели для каждого суппорта, так и один общий электродвигатель
подачи для всех суппортов.
Установочное перемещение суппорта обычно осуществляет дви-
гатель подачи (при соответствующем изменении кинематической
схемы).
Для изменения величины периодической поперечной подачи,
помимо общеизвестных устройств с храповиком, употребляются
электромеханические устройства, основанные на весьма различных
принципах.
В частности, в качестве регулятора периодической подачи при-
меняют реле времени, уставку которого можно регулировать
в широких пределах.
Реле времени включается в конце рабочего хода одновременно
с двигателем поперечной подачи и отключает этот электродвигатель
по истечении времени, соответствующего уставке реле. Так как
в данном случае величина поперечной подачи определяется продол-
жительностью вращения электродвигателя, то для постоянства вели-
чины подачи необходимо постоянство скорости вращения двигателя
и продолжительности его переходных процессов. В целях стабилиза-
ции скорости вращения применяют привод с ЭМУ. Продолжитель-
ность процессов пуска и торможения электродвигателя уменьшают
путем форсирования этих процессов.
Для регулирования поперечной подачи большие удобства пред-
ставляет применение электронного реле времени, допускающего
дистанционное изменение уставки.
Вторым типом регулятора поперечной подачи является регулятор,
действующий в функции пути. Такой регулятор (фиг. 221) представ-
ляет собой путевой переключатель, отключающий двигатель после
того, как суппортом будет пройден определенный путь. Регулятор
этого типа представляет собой диск, на котором укреплены кулачки
с одинаковыми расстояниями друг от друга. При работе двигателя
диск, связанный кинематически с его валом, поворачивается до тех
пор, пока следующий кулачок не воздействует на контакт, срабаты-
вание которого приводит к отключению электродвигателя от сети.
Двигатель после этого продолжает некоторое время вращаться по
инерции. При этом двигателем будет пройден углевой путь, больший
чем установленный на путевом переключателе. Величине подачи
будет, таким образом, соответствовать не путь аб, а путь ав (фиг. 221).
При следующей периодической подаче отрезок пути, соответству ющий
Фиг. 221. Управление
поперечной подачей
строгального станка.
дуге вг, может оказаться слишком малым для разгона электродвига-
теля до установившейся скорости. Поэтому при отключении двигателя
кулачком а скорость вращения двигателя будет меньше, а следова-
тельно, и путь гд, пройденный по инерции, будет меньше, чем при
предыдущей периодической подаче. Таким образом получим вторую
подачу во, меньшую чем первая подача ав. Для разгона двигателя при
следующей поперечной подаче предоставляется
снова больший путь де. Скорость двигателя в
конце его разгона будет выше, и, следовательно,
величина выбега по инерции еж (фиг. 221)
также увеличится. Таким образом, при малой
величине поперечных подач будет иметь место
чередование больших и меньших подач.
У регулятора поперечной подачи рассмот-
ренного типа может быть применен нерегули-
руемый асинхронный короткозамкнутый дви-
гатель. Величину поперечной подачи можно
регулировать путем изменения передаточного
отношения кинематической цепи, связываю-
щей вал электродвигателя с барабаном, на
котором установлены кулачки. Можно также
изменять число кулачков на барабане.
Значительное сокращение продолжительности переходных про-
цессов может быть получено в случае использования электромагнит-
ных многодисковых муфт. Эти муфты в системах электрического копи-
рования обеспечивают достаточно быстрое действие (10—20 и более
включений в секунду).
Ниже приведены примеры устройства регуляторов поперечной
периодической подачи, применявшихся на отечественных продольно-
строгальных станках.
На фиг. 222 представлено устройство подачи, примененное на
станке типа 723-1А. В данном случае для привода подачи каждого
суппорта применен отдельный маломощный асинхронный двигатель
с короткозамкнутым ротором. При установке величины подачи вра-
щают червяк 1 (фиг. 222); упор 2 при этом поворачивается. Если
теперь включить электродвигатель 7, а зубчатую муфту сместить
вправо, то движение через кольцевую фрикционную муфту 5 и зуб-
чатое колесо 4, сидящее на валу 6, будет передаваться в цепь попереч-
ной подачи. При повороте муфты 5 на заданный угол планка 3 упи-
рается в упор 2, обойма муфты 5 зажимается и поперечная подача
прекращается.
Двигатель подачи включается переключателем хода стола на
время, в течение которого упор воздействует на этот переключатель.
chipmaker.ru
Электрификация станков и автоматических линий
294
В конце рабочего хода тот же переключатель хода включает электро-
двигатель на вращение в обратную сторону. При этом восстанавли-
вается исходное положение механизма. Вследствие наличия храпового
механизма, движение в цепь подачи при этом не передается.
При включении зубчатой муфты влево электродвигатель обеспе-
чивает установочное перемещение суппорта.
На фиг. 223 представлена система подачи станка 724, которая
отличается большей надежностью работы. В этом устройстве величина
Фиг. 222. Система подачи продольно-строгального станка 723-1Л.
подачи устанавливается диском с шипами, который начинает вра-
щаться при включении электродвигателя подачи. Над этим диском
помещается электромагнитное реле подачи суппорта, которое вклю-
чается одновременно с двигателем подачи. При включении этого
реле шток его опускается так, что его могут задевать шипы диска
при вращении последнего. Контакты реле при этом замыкаются.
Когда шип диска приподнимает шток реле подачи, контакты реле
разомкнутся и двигатель отключится от сети. Для обеспечения нуж-
ного числа подач используют набор дисков, обладающих различным
числом шипов. Эти диски насаживаются рядом на общую ось, обра-
зуя барабан подачи. Реле подачи можно перемещать вдоль барабана
подачи таким образом, чтобы оно могло работать с любым диском
барабана подачи. В отличие от рассмотренного ранее устройства
данная система может обеспечить только ступенчатую подачу.
Подъем резцов во время обратного хода у современных продольпо-
строгальных станков производится посредством электромагнитов.
Обычно каждую резцовую головку обслуживает отдельный электро-
магнит (фиг. 224, а). Опускание резцов головок производится под
действием сил собственного веса, причем для смягчения удара в слу-
чае значительного веса головки применяют воздушный демпфер. Бо-
лее плавное движение резцовой головки можно получить посред-
Электрификация строгальных станков
295
ством реверсивного электродвигателя, вращающего эксцентрик
(фиг. 224, б). Такой подъем резцов применяется у весьма тяжелых
станков.
Фнг. 223. Система подачи продольно-строгального станка 724.
Перемещение и зажим поперечины продольно-строгальных стан-
ков производятся так же, как и у карусельных станков.
Фиг. 224. Устройства для подъема резцов продольно-строгальных станков.
На продольно-строгальных станках часто приходится обрабаты-
вать заготовки, Имеющие впадины, не подвергаемые обработке. В этом
случае целесообразно изменять скорость движения стола так, как
показано на фиг. 225, а (внизу). Впадина будет проходиться столом
с повышенной скоростью, равной скорости обратного хода.
В случае обработки на продольно-строгальных станках заготовки,
не имеющей впадин (фиг. 225, б), тоже целесообразно изменять
chipmaker.ru
Электрификация станков и автоматических линий
Электрификация фрезерных и зубообрабатывающих станков 297
296
скорость. В данном случае может быть получено сокращение машин-
ного времени при повышении скорости резания на участке 2—3.
Участки 1—2 и 3—4 проходятся с уменьшенными скоростями, во
избежание поломки инструмента и выламывания материала заго-
товки.
В обоих описанных случаях применяют регулируемые электродви-
гатели постоянного тока. Изменение скорости производится переклю-
чателями, поставленными в соответствующих точках пути
Фиг. 225. Автоматическое изменение скорости стола продольно-стро-
гального станка.
У поперечно-строгальных и долбежных станков реверс ползуна
(штосселя) производится обычным механическим путем посредством
кулисной передачи, что возможно вследствие малой длины хода пол-
зуна Быстрое движение ползуна при обратном ходе обеспечивается
посредством той же кулисной передачи.
Вследствие весьма большого числа реверсов, использование
реверсивного электродвигателя в данном случае затруднительно.
Электрификация поперечно-строгальных и долбежных станков
весьма проста и сводится к применению короткозамкнутых двигателей
и магнитных пускателей.
§ 43. ЭЛЕКТРИФИКАЦИЯ ФРЕЗЕРНЫХ И ЗУБООБРАБАТЫВАЮЩИХ
СТАНКОВ
Ниже приведены основные формы электрификации фрезерных
станков.
Привод главного движения
1) Асинхронный к.-з. двигатель; 2) асинхронный двигатель с переключением
полюсов.
Торможение:!) противовключением; 2) посредством электромагнита.
Общий диапазон регулирования 20—30
Привод подачи
1) Механический от цепи главного движения; 2) асинхронный к з двигатель;
3) двигатель с переключением полюсов (движение стола продольно-фрезерных стан-
ков); 4) двигатель постоянного тока (подача стола продольно-фрезерных станков);
5) система Г — Д (движениестола и подача головок продольно-фретерных станков):
6) система Г — Д с ЭМУ (движение стола продольно-фрезерных станковд?) регули-
руемый гидропривод.
Общий диапазон регулирования 5—60.
Вспомогательные приводы
1) Быстрые перемещения фрезерных головок; 2) перемещение поперечины (у про-
дольно-фрезерных станков); 3) зажим поперечин; 4) насос охлаждения: 5) насос
смазки; 6) насос гидросистемы.
Фиг 226. Схема управления фрезерным станком.
У горизонтально-фрезерных станков фланцевые электродвигатели
устанавливаются на задней стенке станины, а у вертикально-фрезер-
ных — чаше всего вертикально на самом верху станины.
Значительное упрощение конструкции фрезерных станков можно
получить, применяя отдельный электродвигатель для привода подачи,
что допустимо в тех случаях, когда на станке не производится зубо-
резных работ.
На фиг 226 представлена несколько упрощенная схема управле-
ния горизонтальным консольно-фрезерным станком 6Н82 (Горьков-
ский завод фрезерных станков). Станок обслуживают три асинхрон-
chipmaker.ru
298 Электрификация станков и автоматических линий
ных короткозамкнутых электродвигателя: привода шпинделя 7 кет,
привода подачи 1,7 кет и привода насоса охлаждающей жидкости
0,125 кет. Двигатель шпинделя включают посредством контак-
тора КШ (фиг. 226); торможение его осуществляют посредством
контактора КТ. Двигатель подачи включают на вращение вправо
и влево с помощью контакторов КП и КЛ. Двигатель, вращающий
насос охлаждения, включают посредством контактора КО.
Управление этим станком производится с помощью комаидо-
аппаратов 1 КА и 2КА, в которых рукоятки управления станком
воздействуют па путевые переключатели.
Последовательность работы контактов этих командоаппаратов
показана в табл. 3.
Таблица 3
Командоаппарат 1КА для управления столом
Наименование контактов Влево Стоп Вправо
1КА J X
1КА-2 X X —
1КА-3 X — —
1КА-4 — X X
Комаидоаппарат 2КА для поперечной и вертикальной подач
Наименование контактов Вперед — вверх Стоп Назад — вниз
2КА-1 X
2 КА-2 X X —
2КА-3 X — —
2КА-4 — X X
Кроме того, используется переключатель ПУ управления столом,
у которого контакт ПУ-1 (фиг. 226) замкнут, когда включается управ-
ление от кулачков, а контакт ПУ-2 замкнут, когда оно отключено.
Двигатель шпинделя может быть пущен путем нажатия кнопок
1КУ-1 и 1КУ-2 (с двух мест), замыкающих цепь катушки контак-
тора КШ.
При нажатии одной из двух кнопок 2КУ-1 и 2КУ-2 контактор КШ
отключает двигатель шпинделя от сети. При этом н. о. контакты
тех же кнопок включают контактор КТ, который обеспечивает тор-
можение двигателя шпинделя противовключением. Когда скорость
вращения упадет до достаточно малой величины, контактор КТ
отключается размыканием одного из контактов реле контроля скоро-
сти РКС.
Электрификация фрезерных и зубообрабатывающих станков
299
Для осуществления встречного и попутного фрезерования дви-
гатель шпинделя можно реверсировать посредством барабанного
переключателя в цепи рабочего тока. При каждом направлении вра-
щения срабатывает один из двух н. о. контактов РКС, включенных
параллельно.
При каждом повороте рукоятки переключения скоростей кратко-
временно нажимается путевой переключатель 1КВН. Двигатель
шпинделя при этом отключается и притормаживается. Этим обес-
печивается переключение шестерен на весьма низкой скорости вра-
щения.
Вместе с контактором КШ включается контактор КО двигателя
насоса охлаждающей жидкости. Если охлаждения не требуется,
цепь катушки КО может быть разомкнута посредством выключателя
охлаждения ВО.
При замыкании н. о. контакта 1КА-1 командоаппарата, связан-
ногос рукояткой управления, включается контактор КП и начинается
подача направо. Подача прекращается, когда кулачок, установлен-
ный в нужном положении, повернет рукоятку в исходное положение
и разомкнет контакт 1КА-1. При повороте другой рукоятки, обес-
печивающей соответствующее изменение кинематической цепи подачи,
замыкается контакт 2КА-1 и возникает поперечная подача назад
или вертикальная подача вниз (в зависимости от направления пово-
рота рукоятки). При повороте тех же рукояток в другую сторону
будут включаться соответственно контакты 1КА-3 и 2КА-3, замыкая
цепь катушки контактора КЛ и обеспечивая подачу налево, вперед
и вверх.
При нажатии кнопок ЗКУ-1 или ЗКУ-2 контактор КБ включает
электромагнит, управляющий фрикционной муфтой быстрого хода,
и начинается ускоренный подвод инструмента в соответствующем
направлении.
Путевой переключатель 2КВН, связанный с рукояткой переклю-
• чения зубчатых колес цепи подачи, дает возможность производить
переключение на низких скоростях вращения (подобно переклю-
чателю 1КВН\
Если посредством соответствующих рукояток замкнуть кон-
такты ПУ-1 и 1КА-1, начинается быстрое перемещение стола вправо
до тех пор, пока переставной кулачок не воздействует на командо-
аппарат ЗКА, который отключит контактор КБ. После этого отклю-
чится муфта быстрого хода и начнется рабочая подача. В конце хода,
в результате воздействия переставного кулачка, контакт 1КА-1
разомкнется и движение вправо прекратится. Если после этого необ-
ходимо осуществить движение в обратном направлении, то уста-
навливается специальный кулачок, поворачивающий рукоятку ко-
мандоаппарата 1 КА из правого положения в левое. При этом кон-
такт 1КА-3 замыкается, а контакт 1КА-1 открывается и питание кон-
тактора КП продолжается через н. о. контакты КП и ЗКА и кон-
такт ПУ-1, которые в это время замкнуты. Затем особый кулачок
chipmaker.ru
309
Электрификация станков и автоматических линий
воздействует на командоаппарат ЗКА. Его н. о. контакт открывается,
контактор КП отключается, а контактор КЛ включается. Кроме
того, н. з. контакты ЗКА включают контактор КБ. После этого начи-
нается быстрый отвод стола влево до тех пор, пока в конце хода кула-
чок не повернет рукоятку командоаппарата 1КА в нейтральное поло-
жение.
У продольно-фрезерных станков для привода каждого фрезерного
шпинделя применяется отдельный электродвигатель. Отдельные
электродвигатели применяются
Фиг. 227. Автоматическое регулирова-
ние подачи фрезерного станка.
также для: рабочей и быстрой подач
стола; установочных перемещений
суппортов и поперечины; зажима
поперечины; выдвижения фрезер-
ного шпинделя и для насосов
смазки и охлаждающей жидкости.
У тяжелых продольно-фрезерных
станков с подвижным порталом
для его перемещения также при-
меняется отдельный электродви-
гатель.
В некоторых случаях для бес-
ступенчатого регулирования по-
дачи стола продольно-фрезерных станков применяют привод с ЭМУ,
а для вращения шпинделей — асинхронные двигатели с переклю-
чением полюсов (например, TOS, Чехословакия).
Значительного увеличения производительности фрезерных стан-
ков можно добиться, применяя автоматическое регулирование
подачи в функции величины снимаемого припуска и быстрый про-
ход впадин заготовки.
Для автоматического изменения подачи в функции припуска
может быть использована схема, представленная на фиг. 227. В этой
схеме обмотка возбуждения ОВДП двигателя подачи ДП включена
последовательно с якорем двигателя вращения шпинделя ДШ.
Обмотка возбуждения двигателя шпинделя ОВДШ включена
в отдельную цепь. При увеличении припуска ток, потребляемый
двигателем ДШ привода шпинделя, растет, магнитный поток двига-
теля ДП подачи возрастает и скорость его вращения уменьшается.
Несмотря на широкие возможности осуществления автоматиче-
ского регулирования подачи, значительного распространения в стан-
костроении это мероприятие не получило.
У зубофрезерных станков необходимое соответствие главного
движения и движения подачи обеспечивается путем механической
связи цепи подачи с цепью главного движения.
Ниже указаны основные формы электрификации зуборезных
станков.
Привод главного движения
Асинхронный к.-з. двигатель.
Электрификация фрезерных и зубообрабатывающих станков 301
Привод подачи
Механический от цепи главного движения.
Вспомогательные приводы
1) Быстрые перемещения кронштейна и задней стойки; 2) перемещение фрезер-
ной головки ( у прорезных станков); 3) единичное деление; 4) поворот стола, 5) нассс
охлаждения; 6) насос смазки; 7) насос гидроразгрузки (у тяжелых станков).
Специальные электромеханические устройства и блокировки
направления
ЗК. Привод
I) Устройства для счета числа циклов (у прорезных станков); 2) автоматические
устройства для компенсации размерного износа инструмента.
На фиг. 228 приведена схема управления универсальным зубо-
фрезерным станком 5Д32 (завод «Комсомолец», Егорьевск).
На станке установлены
три асинхронных корот-
козамкнутых двигателя:
для вращения шпинде-
ля — 2,8 кет, для бы-
стрых перемещений вверх
и вниз — 1 кет и для при-
вода насоса охлаждения —
0,15 кет.
Двигатели приводов
шпинделя и насоса вклю-
чаются контактором 1К.
В конце цикла обработки
контактор отключается
посредством путевого пе-
реключателя 1ВК.
Реверсивный двигатель
быстрых перемещений включается в зависимости от
вращения либо контактором 2К, либо контактором
быстрого перемещения работает лишь при нажатой кнопке. Вклю-
чение двигателя быстрых перемещений возможно только в том
случае, если выключен рабочий ход. В этом случае контакт путе-
вого переключателя ЗВК. закрывается. В концах хода суппорта
нажимается путевой переключатель 2ВК. и дальнейшее рабочее или
быстрое перемещение прекращается.
Значительное развитие электрических систем синхронной связи
и положительный опыт их применения в тяжелых токарных станках
позволяют предположить, что в будущем эти системы полу1 а в
в зубообрабатывающих станках широкое применение. В настоящге
время, однако, в зуборезных станках системы эти значителыюгэ
применения не получили, что, видимо, связано с весьма высокими
требованиями к точности таких передач у зуборезных станков.
Особенностью электрооборудования некоторых отечественных
и зарубежных зубообрабатывающих станков является применение
chipmaker.ru
302
Электрификация станков и автоматических линий
счетных устройств. Счетные устройства применяются в шевинговаль-
ных станках для счета проходов, в станках для предварительной
прорезки зубчатых колес, для счета числа делений и для счета числа
обработанных деталей.
Ви все х этих случаях необходимо замкнуть цепь управления после
отсчета заданного числа замыканий того или иного контакта. Для
этой цели отечественная промышленность
выпускает специальное
реле счета импульсов
(РСИ).
Упрощенная схема
реле представлена на
фиг. 229. Движок пере-
ключателя П устанав-
ливается в положение,
соответствующее числу
импульсов, которое не-
обходимо отсчитать для
того, чтобы подать
команду. При каждомза-
мыкании путевого пере-
ключателя КА шаговый
искатель ШИ переме-
щает свои щетки на
один контакт. Когда
будет отсчитано установ-
ленное на переключа-
теле П число импуль-
сов, цепь промежуточ-
ного реле РП замы-
кается и все н. о. кон-
такты реле РП закры-
ваются. При этом замы-
кается цепь самоблокировки реле РП. Вследствие наличия в цепи
катушки искателя н. з. контакта ШИ искатель начинает рабо-
тать импульсами и его движки перемещаются с контакта на кон-
такт. Такое движение продолжается до тех пор, пока движок
верхнего коммутатора искателя ШИ не придет в начальное поло-
жение. В этом положении разрывается цепь самоблокировки
реле РП и все устройство приходит в исходное положение.
Описанное реле рассчитано для отсчета от 1 до 25 импульсов.
Длительность командного импульса должна быть не менее 0,05 сек.
Длительность командного импульса должна
и не более 10 мин. Частота импульсов не должна превышать 200
в минуту. Промежуток между отсчетами
1 сек.
Помимо описанного устройства, отечественной промышленностью
выпускается реле для отсчета от 1 до 625 импульсов, работающее
на аналогичном принципе.
должен быть не менее
Электрификация шлифов альных и доводочных станков
303
Оба указанные выше реле строятся для работы в сети переменного
тока напряжением 127, 220 и 380 в. Реле выпускается в кожухе раз-
мером 195 X 260 X 180 мм.
У зубодолбежных станков поступательное переменно-возвратное
движение осуществляется посредством кривошипных и эксцентри-
ковых передач. Вследствие значительной продолжительности рабо-
чего хода применение маховиков для сглаживания нагрузки в дан-
ном случае неэффективно.
Электрооборудование зубодолбежных станков весьма несложно.
Применяются магнитные пускатели с дополнительным управлением
«толчками» (для наладки). Торможение осуществляется чаще всего
посредством электромагнита.
§ 44. ЭЛЕКТРИФИКАЦИЯ ШЛИФОВАЛЬНЫХ И ДОВОДОЧНЫХ СТАНКОВ
Ниже указаны основные формы электрификации плоскошлифо-
вальных станков.
Привод главного движения
1) Асинхронный к.-з. двигатель нереверсивный; 2) асинхронный двигатель
с переключением полюсов; 3) двигатель постоянного тока.
Торможение: противовключением и посредством электромагнита.
Привод подачи
1) Регулируемый гидропривод; 2) реверсивный асинхронный к.-з. двигатель
с торможением противовключением или посредством электромагнита- 3) привод
с ЭМУ с диапазоном регулирования скорости 30—50 (у тяжелых станков); 4) асин-
хронный к.-з. двигатель нереверсивный (при вращающемся столе).
Вспомогательные приводы
1) Гидропривод поперечной периодической подачи; 2) асинхронный к з. двн-
гатеть поперечной подачи; 3) двигатель постоянного тока для поперечной подачи
(v тяжелых станков); 4) вертикальное перемещение шлифовальной бабки; 5) насос
охлаждения; 6) насос смазки; 7) привод транспортера и мойки; Я) привод магнит-
ного фильтра.
Специальные электромеханические устройства и блокировки
1) Этектромагнитные столы и плиты; 2) демагнетизаторы; 3) магнитные фильтры
для охлаждающей жидкости; 4) счет числа циклов для правки круга.
Для привода шлифовального круга плоскошлифовальных стан-
ков обычно употребляют асинхронные короткозамкнутые двигатели.
Эти двигатели имеют встроенное исполнение и составляют одно целое
со шлифовальной бабкой (см. фиг. 18).
Шчифовальный шпиндель является одновременно валом электро-
двигателя и лишь в случае необходимости повышенной или (реже)
пониженной скорости вращения камня связывается с валом электро-
двигателя ременной передачей. Вследствие значительной инерцион-
ности шлифовального круга время вращения шлифовального шпин-
деля по инерции занимает 50—60 сек. и более. В тех случаях, когда
chipmaker.ru
304 Электрификация станков и автоматических линий
это время необходимо уменьшить, прибегают к электрическому
торможению.
В подавляющем большинстве случаев скорость вращения элек-
тродвигателя привода шлифовального круга не регулируют, и только
если необходимо получение особо чистой поверхности, применяют
двигатель постоянного тока с параллельным возбуждением и с диа-
пазоном регулирования скорости 2 : 1 или 3:1. Некоторый интерес
представляет бесступенчатое регулирование скорости шлифовального
шпинделя в целях сохранения постоянной окружной скорости абра-
зивного круга по мере его изнашивания.
Стремление уменьшить вибрации при работе приводов, установ-
ленных на шлифовальных станках, привело к применению разного
рода амортизаторов при установке электродвигателей, а также к
широкому использованию ременных передач, мягких муфт и гидрав-
лических систем.
Особое значение у шлифовальных станков имеют тепловые дефор-
мации, возникающие в процессе обработки детали. В целях предот-
вращения нагревания детали применяется обильное охлаждение
ее эмульсией, которая иногда подводится через полый вал круга,
а иногда и через поры самого шлифовального круга. Насосы охлаж-
дающей жидкости часто устанавливают на резервуарах с эмульсией,
помещаемых отдельно от станка во избежание нагрева станка
остывающей эмульсией.
Электродвигатели насосов присоединяются к схеме станка по-
средством штепсельных соединений.
В последние годы на отечественных круглошлифовальных станках
для привода изделия применяют асинхронные короткозамкнутые
двигатели в сочетании с электромагнитными муфтами скольжения
с диапазоном регулирования до 10 : 1.
Весьма важным является вопрос о периодической правке круга
у шлифовальных станков, работающих по автоматическому, а иногда
и по полуавтоматическому циклу.Сама правка осуществляется обычно
гидросистемой; реже используется электрический привод. Правка
круга производится через определенные промежутки времени, до-
стигающие 1 часа, а иногда и больше. Для обеспечения столь про-
должительных выдержек времени применяют моторные реле вре-
мени, причем два таких реле иногда работают одно за другим,
увеличивая выдержку времени.
Другим решением той же задачи является применение реле счета
импульсов.
Особенностью электрификации плоскошлифовальных станков яв-
ляется широкое применение электромагнитных плит, рассмотрен-
ных в § 30. У некоторых отечественных плоскошлнфовальных стан-
ков применяются плиты с неподвижными магнитами (см. фиг. 122).
Процесс шлифования на таком станке совершается непрерывно,
и готовые детали Пропускаются через демагнетизатор (см. фиг. 129, б),
пристроенный к станку.
Электрификация шлифовальных и доводочных станков
305
Ниже указаны основные формы электрификации круглошлифо-
вальных, внутришлифовальных и бесцентрово-шлифовальных стан-
ков.
Привод шпинделя
Асинхронный короткозамкнутый двигатель.
Привод вращения изделия
I) Асинхронный короткозамкнутый двигатель с переключением полюсов,
2) двигатель постоянного тока (с динамическим торможением); 3) система Г — Д
с ЭМУ; 4) асинхронный к.-з. двигатель с электромагнитной муфтой скольжения.
Привод подачи
I) Регулируемый гидропривод; 2) двигатель постоянного тока; 3) система Г'—Д;
4) тепловой толкающий привод (для врезных подач).
Вспомогательные приводы
I) Насос охлаждения; 2) насос гидроподачи; 3) насос смазки; 4) правка круга;
5) пылесос; 6) перемещение шлифовальной бабки; 7) перемещение задней бабки;
8) вращение ведущего круга (у бесцентровых станков); 9) транспортер деталей:
10) подача ведущего круга; 11) осциллятор; 12) магазинное устройство 13) маг-
нитный сепаратор.
Специальные электромеханические устройства и блокировки
1) Электрические измерительные устройства для активного контроля и авто-
матической подналадки; 2) устройства для автоматической правки кругов; 3) электро-
магнитные патроны; 4) магнитные сепараторы охлаждающей жидкости
Фиг. 230. Тепловой толкающий привод.
Особенностью станков для внутреннего шлифования отверстий малых диаметров
является непрерывное расширение применения шлифовальных электрошпинделей
(см. § 8) с высокочастотными электродвигателями.
Для осуществления врезных подач на круглошлифовальных стайках получил
применение тепловой толкающий электропривод оригинальной конструкции
(Б Т. Бреев, ЭНИМС).
Схема привода показана на фиг. 230. При пропускании тока через проволочную
спираль 3 (фиг. 230) латунная трубка 1 нагревается. Один конец латунной трубки 1
закреплен в неподвижной втулке 2, другой — в шлифовальной бабке 5. При нагреве
трубки 1 она удлиняется и толкает шлифовальную бабку, которая начинает пере-
мещаться в направлении, указанном на фиг. 230 стрелкой. Скорость перемещения
шлифовальной бабки регулируется изменением тока нагревательного элемента
с помощью реостата. Когда в конце своего хода шлифовальная бабка 5 упрется
в жесткий упор 6. перемещение ее прекращается. При дальнейшем удлинении трубки I
втулка 2, ранее бывшая неподвижной, начинает, сжимая жесткую пружину 7, пере-
мещаться направо, выдвигаясь из неподвижной детали 4. Быстрый возврат шлифе
вальной бабки обеспечивается выключением тока, нагревающего трубку, и введе-
нием между трубкой / и прикрывающим ее кожухом 8 охлаждающей жидкости.
20 Харизоменов 2890
chipmaker.ru
306 Электрификация станков и автоматических линий
Были построены также подобные устройства, в которых нагрев толкающего
стержня производился током низкого напряжения, протекающим непосредственно
по стержню.
Если необходимо увеличить путь шлифовальной бабки, толкающий привод
снабжают рычажной передачей.
Такой электрический механизм непрерывной подачи шлифовальной бабки
потребляет относительно небольшую мощность (порядка нескольких десятков ватт).
Механизм подачи круга
Ч----------------
Фиг. 231. Автоматизация под-
наладки плоскошлифовального
станка.
Для получения заданного размера детали при автоматическом и
полуавтоматическом шлифовании используютсялибонастройка станка
с подачей шлифовального круга до жесткого упора, либо измеритель-
ное устройство, которое при достижении нужного размера изделия
прекращает подачу.
Подача до упора позволяет обраба-
тывать детали с точностью не выше
2-го класса и требует частой правки
круга и последующей подналадки
станка на требуемый размер детали.
В связи с этим особый интерес пред-
ставляет использование активного кон-
троля с непосредственным измерением
детали в процессе обработки. На
фиг. 231 представлено одно из простей-
ших устройств такого рода. Перед схо-
дом с электромагнитного стола гото-
вые детали 3 (в данном случае кольца
шариковых подшипников) проходят под флажком 2. Шлифовальный
камень 1 шлифует деталь 3 за один проход, и если он вследствие
износа не снял нужного припуска, то деталь 3 задевает флажок 2
и поворачивает его. При этом срабатывает контактная система 4,
которая включает электромагнит, и камень опускается па установ-
ленную заранее величину.
У внутришлифовальпых станков автоматический контроль детали
в процессе обработки может быть осуществлен посредством пробоч-
ного калибра, который периодически подходит к детали. Когда
диаметр шлифуемого отверстия достигнет заданной величины, калибр
входит в отверстие и подается команда на отвод камня.
В случае использования двухступенчатого пробочного калибра
данное устройство может обеспечить автоматический переход
с грубого на чистовое шлифование и отключение при достижении
заданного размера.
В последние годы для электрической автоматизации шлифоваль-
ных станков все более широкое применение находят электро-
контактные головки, контактные индика-
торы и миниметры.
На фиг. 232 показано устройство одной такой электроконтакт-
ной головки (Бюро взаимозаменяемости). При изменении размера
детали измерительный щуп 1 перемещается вверх или вниз во втул-
ках 2, запрессованных в корпусе 3. При этом хомутик 4 нажимает
Электрификация шлифовальных и доводочных станков
307
на упор контактного рычага 5, закрепленного на корпусе посредством
плоской пружины 6. Это вызывает значительное отклонение вправо
или влево верхнего конца контактного рычага 5,
замыкается правый 7 или левый 8 контакты го-
ловки. Измерительные контакты допускают
регулирование. При вращении, например,
винта 11 измерительный контакт 9, укреплен-
ный на плоской пружине 10, может прибли-
жаться к рычагу 5 или удаляться от него.
Контакты 7 и 8 включают в сигнальные цепи
станка или в цепи чувствительных реле.
Нафиг. 233 представлено комбинированное
измерительное устройство, состоящее из элек-
троконтактпой головки и пристроенного к ней
индикатора (ЭНИМС). Прибор установлен на
круглошлифовальном станке.
Электроконтактные головки, снабженные
двумя контактами, которые замыкаются один
за другим по мере обработки детали, позво-
ляют осуществить автоматический переход с
в результате чего
Фиг. 232. Измеритель-
ное устройство для
круглошлифоваль
ного станка.
грубого шлифования на чистовое.
Электроконтактные головки, а также контактные измерительные
приборы применяют для активного контроля при работе станков
многих зарубежных фирм.
Фиг. 233. Установка измерительного устройства на круглошлифовальном станке.
Необходимая точность действия системы может быть достигнута
лишь в случае отсутствия сколько-нибудь значительного искрения
измерительного контакта. Для ослабления искрения измерительный
20*
chipmaker.ru
308 Электрификация станков и автоматических линий
контакт включают в цепь низкого напряжения порядка 12—14 в и
применяют чувствительное промежуточное реле, срабатывающее
под действием весьма малого тока и замыкающее своими контактами
цепь тока большей силы.
Еще лучшие результаты дает включение измерительного контакта
в цепь сетки электронной лампы (фиг. 234, а). Когда измерительный
контакт МК не замкнут, сетка лампы через сопротивление R ^порядка
миллионов ом) соединена с катодом, и ток анодной цепи достаточно
велик для того, чтобы промежуточное реле ПР сработало. Когда
же измерительный кон-
такт МК замыкается, сет-
ка получает отрицатель-
ный относительно катода
Фиг. 234. Электросхемы контроля размеров.
потенциал, ток в анодной цепи резко падает и реле ПР отключается,
причем контакты этого реле производят соответствующие пере-
ключения в цепи управления.
На отечественных и зарубежных внутришлифовальных станках
применяются электроппевматические измерительные устройства, по-
добные схематически представленному на фиг. 234, б.
Действие такого устройства заключается в следующем.
Сжатый воздух, имеющий постоянное давление, поступает в ка-
меру 1. Если рычаг 3 не прикрывает выходное отверстие трубки 2,
го сжатый воздух свободно выходит из отверстия 5. При этом давле-
ние воздуха в камере 4 не повышается и ртуть 6 сохраняет положение,
представленное на фиг. 234, б.
Когда в результате расшлифовывания внутренний диаметр обра-
батываемой детали 7 возрастает, рычаг 3 под действием сжатой пру-
жины 8 поворачивается и постепенно прикрывает отверстие 5. Сжа-
тый воздух при этом начинает поступать в камеру 4 и уровень ртути
в ней опустится. Одновременно уровень ртути в правом и левом колене
поднимется и замкнет один за другим контакты 9 и 10, что вызовет
соответственно включение промежуточных реле ПР1 и ПР2. Сраба-
тывание реле ПР1 влечет за собой переход с грубой на чистовую
подачу; включение реле ПР2 вызывает выключение чистовой подачи.
При засорении отверстия 5 и резком увеличении давления в камере 4
шарчк 12 закрывает выход из камеры 4, предотвращая всплеск ртути.
Электрификация шлифовальных и доводочных станков
309
Во избежание изнашивания измерительного наконечника и связан-
ного с этим снижения точности на его конце укрепляется алмаз
или наконечник из твердого сплава 11. Описанное устройство может
обеспечить заданный размер детали с точностью до 3 мк.
На некоторых плоскошлифовальных станках с вращающимся
столом, например, на станках для шлифования дисков деревообделоч-
ных пил периферией круга, значительное сокращение машинного
Фиг. 235. Магнитный фильтр охлаждающей жидкости.
времени может быть получено путем автоматического увеличения
скорости вращения стола по мере приближения камня к оси вращения
стола.
В последнее время для очистки смазочно-охлаждающей жидкости
на шлифовальных станках начали применять магнитные фильтры
(фиг. 235). Ротор такого фильтра (фиг. 235, а) состоит из восьми ря-
дов постоянных подковообразных магнитов, привинченных к метал-
лическому основанию. Каждый ряд содержит шесть магнитов. Маг-
ниты ротора, окруженные топким металлическим листом, образуют
цилиндр с полюсами па поверхности. Специальный электродвига-
тель вращает ротор 1 в баке 2 (фиг. 235, б), через который пропускают
охлаждающую жидкость. Тонкий слой жидкости, заключенный в про-
межутке между стенкой бака и поверхностью ротора, подвергается
воздействию магнитного поля. При этом ферромагнитные частицы
притягиваются к поверхности ротора, выносятся из жидкости и сни-
маются скребком 3 в лоток 4.
Степень электрификации и сложность электрических схем раз-
ных шлифовальных станков весьма различны.
На фиг 236 представлена электросхема управления круглошли-
фовальным станком 3151 Харьковского завода круглошлифовальных
r.ru
310 Электрификация станков и автоматических линий
станков, относящаяся к числу наиболее простых. Станок имеет четыре
электродвигателя, приводящих в
(7 кет), насос гидросистемы (1,7 кет).
Фнг. 236. Схема управления круглошлнфо-
вальным станком 3151
движение шпиндель станка
насос охлаждения и привод
вращения изделия (1 кет).
При срабатывании кон-
тактора КШ включаются три
первых двигателя и делается
возможным включение при-
вода изделия посредством
контактора КИ.
Для двигателя привода
изделия применено торможе-
ние противовключением, осу-
ществляемое посредством
контактора КТ. Длитель-
ность торможения зависит
от продолжительности нажа-
тия кнопки СИ.
Контакты тепловых реле
PTIIJ, РТН, РТГ и РТИ, защищающих соответственно двигатели
привода шпинделя, насоса охлаждающей жидкости, насоса гидро-
системы и привода изделия, включены последовательно. При сраба-
тывании одного из этих реле все двигатели станка останавливаются.
§ 45. ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ СТАНОЧНЫХ АВТОМАТИЧЕСКИХ ЛИНИЙ
Автоматические линии состоят из станков, связанных транспор-
, тирующими устройствами. В ряде случаев добавляются накопители
(бункеры) и устройства для автоматического контроля. Управление
станками, транспортерами, установка и зажатие детален, обра-
ботка, снятие деталей и их контроль производятся автоматически.
Широкое распространение получили автоматические линии с агре-
гатными станками, общим транспортером и общим зажимным устрой-
ством. В этом случае основную роль играют самодействующие го-
ловки с гидроприводом подачи, рассмотренные в § 35.
В последние годы на автоматических линиях начали применять
также и специальные неагрегатные станки. В настоящее время многие
новые станки строят так, чтобы они могли работать как в отдель-
ности, так и в автоматических линиях.
Обработка на автоматических линиях позволяет сократить вспо-
могательное время, необходимое для изготовления одной детали,
что приводит к резкому повышению производительности труда.
На многих автоматических линиях производительность труда в де-
сятки раз превышает производительность труда при работе на отдель-
ных неавтоматизированных станках. Кроме тою, обработка на авто-
тических линиях обеспечивает более высокое качество продукция.
Электрооборудование станочных автоматических линий
31!
Первоначально на автоматических линиях производили лишь
сверление, нарезание резьбы, развертку, цековку, расточку, зепке-
ровапие и снятие фасок у корпусных деталей. В настоящее время
на автоматических линиях осуществляются также токарные, фре-
зерные и шлифовальные работы, причем производится обработка
и корпусных деталей, и тел вращения.
Обычно работа автоматической линии состоит из следующих восьми
тактов:
1) быстрый подвод самодействующих головок к деталям;
2) переключение головок на рабочий ход (что производится каж-
дой головкой самостоятельно);
3) процесс обработки деталей;
4) переключение головок на быстрый отвод (что производится
каждой головкой самостоятельно);
5) возврат головок в исходные положения;
6) освобождение деталей на всех позициях линии;
7) смена заготовок на всех позициях посредством транспортера
(причем па первую позицию линии подается новая заготовка, а
с последней позиции сходит обработанная деталь);
8) зажим деталей на всех позициях.
После этого цикл повторяется.
Транспортеры, применяемые на автоматических линиях, работают
периодически, отдельными шагами. Они могут иметь гидравлический
или электрический привод. Гидравлический привод транспортера
позволяет осуществить плавное увеличение скорости детали в начале
пути и плавное уменьшение скорости ее в конце пути, что обеспечи-
вает отсутствие заклинивания детали в приспособлении. Кроме
того, гидравлический привод обеспечивает высокую точность оста-
новки детали в конце пути (так как при этом шток транспортера упи-
рается в жесткий упор).
У транспортера с электрическим приводом для обеспечения по-
ступательного движения применяется кулисный механизм, причем
во время закрепления детали транспортер не останавливается, что
не обеспечивает такой высокой точности установки, как в пре-
дыдущем случае.
В настоящее время па линиях или участках линии с малым числом
позиций, с малым шагом и невысокой точностью обработки при-
меняют транспортеры с электрическим приводом, более дешевым,
чем гидропривод
Если обрабатываемая деталь имеет подходящие размеры и фор-
му, то широко используют также различные транспортеры и подъем-
ники непрерывного действия, легки и склизы, по которым деталь
может катиться или скользить.
При многосторонней обработке детали в определенных местах
линии необходимо деталь поворачивать. Для осуществления поворота
детали в вертикальной плоскости применяются поворотные барабаны,
для поворота детали в горизонтальной плоскости — поворотные
312 Электрификация станков и автоматических линий
столы. Эти приспособления разделяют линии на отдельные участки,
которые обычно снабжают отдельными транспортерами. Поворотные
столы и барабаны имеют преимущественно гидравлический привод,
связанный с приводом зажима.
Управление работой станков автоматической линии и согласова-
ние их работы выполняются средствами электрической автома-
тики.
Электроавтоматика весьма просто объединяет в единую систему
производственные машины, расположенные на значительных расстоя-
ниях и различно ориентированные друг относительно друга. Реше-
ние таких задач посредством систем механического или гидравличе-
ского управления в подавляющем большинстве случаев оказывается
практически невозможным.
В автоматических линиях применяют многочисленные узлы
с использованием принципов механической автоматизации посред-
ством кулачков, узлы и целые станки с автоматизированными гидро-
приводами и пневматическими устройствами. Однако согласование
работы всех этих разнообразных систем выполняется электрической
аппаратурой автоматической линии станков.
Так же как и у отдельных станков, управление автоматической
линией в основном сводится к управлению поступательными или
вращательными перемещениями. В данном случае добавляется лишь,
необходимость согласованного управления транспортером, бункерами
и устройствами автоматического контроля.
Электрическая система автоматической липни станков обеспечи-
вает: 1) централизацию управления и контроля; 2) заданную после-
довательность движений механизмов; 3) возможность переналадки
при изменении технологического процесса; 4) высокую надежность
управления; 5) возможность широкого использования стандартных
аппаратов и узлов.
Основной формой управления автоматическими линиями
станков является управление вфункции пути. Это обусло-
влено необходимостью в любой момент контролировать взаимные
положения деталей и инструментов.
Путевое управление обычно строится так, что команда па последу-
ющее действие подается тогда, когда предыдущее действие уже
закончено. При этом обычно отдельные станки автоматической линии
имеют свой замкнутый цикл управления в функции пути. Этот цикл
начинается с подачи извне командного импульса. После окончания
цикла со станка подается в систему новый командный импульс на
выполнение следующего перемещения.
Для осуществления управления в функции пути на станках
автоматических линий обычно используют путевые переключатели.
.V транспортных устройств, подачу команды иногда осуществляет
сама деталь, замыкая ту или иную цепь управления.
Управление разрабатывают так, что если при обработке детали
на одном из станков возникнет какая-либо неисправность, все осталь-
Электрооборудование станочных автоматических линий
313
ные станки линии закончат свой производственный цикл так, как
это было бы при отсутствии аварии, и автоматически остановятся.
При этом сразу выявляется место возникшей неполадки.
В качестве вспомогательных форм управления
в автоматических линиях используется также управление в функции
времени, нагрузки и скорости.
Управление в функции времени, в частности, применяется для
осуществления зачистных операций, которые производятся без подачи
инструмента. Управление в функции нагрузки используется в зажим-
ных устройствах, а управление в функции скорости — при электри-
ческом торможении.
Весьма распространенным является электро-гидравлическое
управление с использованием реле давления.
У станочных линий обычно обеспечивают режимы автоматической
и полуавтоматической работы и режим наладки.
При автоматическом режиме работы вручную производится лишь
загрузка заготовок и снятие готовых деталей. Все остальные опе-
рации, связанные с работой линии (указанные выше восемь тактов),
производятся автоматически.
Полуавтоматический режим работы требует для осуществления
каждого следующего цикла нажатия рабочим специальной кнопки.
Без этого линия, закончив цикл, остановится. Такой режим удобен
в том случае, когда рабочий, выполняющий на линии ту или иную
работу, не может поспеть за ритмом линии, который является для него
чрезмерно напряженным.
Для наладочного управления каждым станком линии обычно
применяются кнопочные станции, расположенные на самом станке.
Управление всей линией выносится на специальный центральный
пульт, который снабжен световой сигнализацией, указывающей
исправность действия отдельных механизмов линии. Когда силовая
головка начинает перемещаться вперед, включается сигнальная
лампа, соответствующая ей. Если головка не вернулась почему-
либо в исходное положение, горящая лампа тут же указывает, какая
из головок требует наладки. Для быстрой аварийной остановки всех
механизмов линии в различных ее частях помещают кнопки «Аварий-
ный стоп».
Нажатие на эту кнопку приводит к отключению автоматиче-
ского выключателя, который разрывает все силовые цепи и все
цепи управления автоматической линии.
Для остановки линии в нормальных условиях (например, в конце
смены) имеется кнопка «Предварительный стоп». После нажатия
этой кнопки линия продолжает работать до конца цикла и затем
останавливается.
В автоматических станочных линиях применяются многочислен-
ные электрические блокировки, например: 1) подвод силовых головок
возможен только тогда, когда обрабатываемая деталь зафиксирована
и зажата; 2) освобождение деталей производится только тогда, когда
20 2800
chipmaker.ru
314 Электрификация станков и автоматических линий
силовые головки отойдут в исходное положение; 3) пуск транс-
портера производится только после завершения процесса обра-
ботки и т. д.
Для осуществления всех блокировок используются путевые пере-
ключатели и реле давления. Последние срабатывают, когда головки
с гидравлическим приводом встречают то или иное препятствие на
пути своего перемещения. В случае аварийного уменьшения давления
в гидравлической системе зажима детали все головки автоматически
отводятся назад.
Фиг. 237. Схема управления силовыми головками
станка автоматической линии.
Схемы электрического управления автоматических линий со-
стоят из различных комбинаций рассмотренных выше узловых
схем с некоторыми специфическими добавлениями.
Каждый станок линии имеет обычно свою обособленную схему.
На фиг. 237 представлена схема одного из двусторонних агрегатных
станков линии с двумя самодействующими головками с гидроподачей.
Пуск всех станков линии производится путем кратковременного
замыкания в схеме каждого станка н. о. контакта контактора КТ,
которым включается привод транспортера.
Для управления каждым отдельным станком линии предусмотрены
кнопки 1П и 1С, установленные с одной стороны линии, и кнопки 2П
и 2С —с другой. При нажатии кнопок 1П или 2П включаются контак-
торы 1К и 2К, после чего начинают вращаться двигатели двух
самодействующих головок станка, осуществляя вращение шпинделей
и гидравлическую подачу головок по установленному циклу.
В случае необходимости остановки линии после завершения ею
всех производственных операций нажимают (в любое время)
кнопку ПСЛ («Предварительный стоп линии»). При этом включается
реле ПС и размыкается его н. з. контакт, включенный параллельно
н. з. контактам путевых переключателей КВ и КВО, размыкаю-
щихся в исходном положении головок. Вследствие этого, когда го-
Электрооборудование станочных автоматических линий
315
ловки по окончании обработки вернутся в исходные положения
и когда обрабатываемые детали будут освобождены, двигатели го-
ловок отключаются Кроме того, и. з. контакты ПС размыкают цепь
катушки контактора КТ, и транспортер останавливается.
При наладочном режиме работы автоматической линии каждый
производственный агрегат получает самостоятельное электрическое
управление посредством наладочных кнопок, установленных на
этом агрегате или вблизи от него. Помимо того, соответственным
переключением схемы обычно можно исключить ту или иную головку
из работы линии Эга операция осуществляется посредством нала-
дочного переключателя (1ПК или 2ПК), разрывающего цепи управ-
ления пускателя выключаемой головки.
В отдельных случаях на автоматических линиях применяются
весьма разнообразные автоматические устройства и блокировки.
Так, на автоматической линии для обработки блока цилиндров
(Кросс, США) применены счетчики циклов, которые останавливают
станок, когда инструмент затупился. Такими счетчиками снабжены
все инструменты автоматической линии.
Для привода станков и исполнительных органов автоматических
линий обычно применяются короткозамкнутые асинхронные дви-
гатели небольших мощностей (до — 5 кет). Регулирования скорости
обычно не производится, электрическое торможение применяется
довольно часто.
Одновременный пуск всех электродвигателей линии с большим
числом станков сопровождается значительными пусковыми токами;
для уменьшения толчков пускового тока применяют включение
электродвигателей группами, причем групповой пуск иногда авто-
матизируется посредством реле времени. При аварийной остановке
механизмы линии останавливаются в промежуточных положениях.
Для нового пуска линии после аварийной остановки необходимо
вернуть самодействующие головки отдельных станков в исходные
положения, что можно осуществить с помощью кнопок наладочного
режима.
Вследствие значительной сложности схем электрического управ-
ления автоматическими линиями станков их снабжают многочислен-
ными сигнальными устройствами, указывающими место аварии.
На фиг. 238 приведена схема управления, обеспечивающая такой
контроль. В исходном положении самодействующей головки нажат
путевой переключатель ПВ и включено промежуточное реле 1РП.
Эго реле своим н. о. контактом включает промежуточное реле 2РП.
При этом размыкается н. з. контакт 2РП в цепи катушки аварий-
ного промежуточного реле 5РП.
При включении общего для всей линии промежуточного
реле 0-1РП включается контактор К, и двигатель вращения шпин-
деля начинает работать.
После зажатия деталей на всех позициях включается общее, про-
межуточное реле 0-2РП, которое своим н. о. контактом шунтирует
r.ru
316
Электрификация станков и автоматических линий
н. о. контакт реле 1РП в цепи катушки реле 2РП. Когда головка
сместится со своего начального положения, путевой переклю-
чатель ПВ освободится и реле 1РП отключится.
Если бы при включении реле 0-1РП головка не находилась
в исходном положении, то реле 2РП не было бы включено и его н. з.
Я РТ
Z-T*
0-1РП
ЗРП
1РП
“11 "
О-ЗРП
1Г ПВ
1РП
ЗРП
О-ЗРП 1РП
О-ЬРП ЗРП
“Il----W—
ЗРП 0-1РП 5РП
4РП
1Г
1РП±
РКС
0-5РП\
—1Г^
ЬРП
“II
ЗКУ 5РП
-аьг—1Г-
Фиг. 238. Схема для выявления
неполадок автоматической линии.
контакт включил бы аварийное реле
5РП. При этом закорачивается со-
противление в цепи светофора С и он
начинает гореть ярко. Кроме того,
и. з. контакты реле 5РП, на данной
схеме не показанные, не дают воз-
можности начать новый цикл движе-
ния головок.
Для получения возможности во-
зобновления работы линии наладчик
должен устранить неисправность и
отключить аварийное реле посред-
ством кнопки ЗКУ, находящейся на
аварийном станке.
Реле 2РП отключается также и
при размыкании контактов теплового
реле РТ.
Когда головка отходит от исход-
ного положения и реле 1РП отклю-
чается, н. з. контакты этого реле
включают промежуточное реле ЗРП,
которое обеспечивает самопитание.
В конце цикла на короткое время
включается общее
реле линии 0-4РП. Однако в цепи
реле 4РП разомкнуты н. з. кон-
такты ЗРП и потому реле4РП вклю-
читься не может.
В начале следующего цикла на
короткое время включается общее
промежуточное реле линии О-ЗРП.
При этом реле ЗРП отключается.
Если в начале следующего цикла головка не сдвинется из исходного
положения, реле ЗРП не включится и, когда в конце цикла снова
включится реле О-4РП, сработает реле 4РП. Эго реле своим н. о.
контактом также включает аварийное реле 5РП.
Таким образом, рассмотренная схема контролирует: 1) смеще-
ние головки из исходного положения; 2) возврат головки; 3) нахож-
дение ее в исходном положении при пуске и т. д.
Неисправность любого из многочисленных контактов электри-
ческого оборудования автоматической линии станков является при-
чиной простоя всей линии или некоторой ее части. В связи с этим
промежуточное
С
5РП
ПГ"
Электрооборудование станочных автоматических линий
317
особое значение приобретает надежность работы электрического
оборудования линии. Вопрос этот имеет особую важность в связи
с тем, что по мере развития автоматических линий станков услож-
няются осуществляемые на этих линиях технологические процессы
и возрастает как число релейно-контакторных аппаратов, так
и число их срабатываний в единицу времени. Это ведет к понижению
надежности автоматических линий и к усложнению ихэксплуа1а щи.
Электрические аппараты, предназначенные для электрификации
автоматических линий станксв, должны обеспечивать миллионы
безотказных срабатывании.
Стремясь к дальнейшему повышению надежности работы линий,
в настоящее время некоторые машиностроительные заводы изго-
товляют элементы станочной релейноконтакторной аппаратуры по-
вышенной надежности. Элементы электрической аппаратуры должны
безотказно работать не менее года. Стремление к увеличению надеж-
ности работы линии требует, кроме того, сокращения до минимума
числа контактов электрической схемы.
Одним из способов сокращения числа контактов является при-
менение кулачковых комапдоаппаратов с моторным приводом
и червячным редуктором. Двигатели этих командоаппаратов вклю-
чаются при срабатывании аппаратов, контролирующих исполнение
какой-либо команды. Повернувшись на одно деление, командяаппа-
рат выключает свой электродвигатель и включает цепь соответствую-
щую выполнению следующей команды. Привод командоаппарата
обычно снабжают тормозом, управляемым посредством электромаг-
нита, и фиксатором. Когда командоаппарат устанавливается вфикси-
рованное положение, включается сигнальная лампа.
При повороте командоаппарата в каждую новую позицию вклю-
чаются все аппараты, соответствующие данному такту цикла. Отклю-
чение этих аппаратов производится посредством путевых переклю-
чателей в конце соответствующих перемещений. Новый поворот ко-
мандоаппарата возможен только в том случае, если нажаты все
путевые переключатели, соответствующие положениям движущихся
элементов линии в начале данного такта цикла.
При наладке путем поворота специального переключателя при-
вод командоаппарата отключается, цепи управления всех механиз-
мов, не подвергающихся наладке, также отключаются посредством
пакетных переключателей. Остается включенной лишь цепь налажи-
ваемого элемента линии.
Одним из средств повышения надежности явилось бы применение
бесконтактной электроаппаратуры. К числу такого рода аппаратов
могут быть отнесены рассмотренные в § 16 дроссели насыщения
и приведенный на фиг. 135 путевой переключатель.
Неполадки в работе электрической части линии наиболее часто
возникают вследствие подгорания контактов и заедания в механизмах
путевых переключателей. Для облегчения определения места аварии
применяется электрическая сигнализация и искатели повреждения.
chipmaker.ru
318 Электрификация станков и автоматические линий
На фиг. 239 представлена принципиальная схема искателя
повреждений. В начале каждого цикла для контроля ритма линии
включается реле времени РВ (электронное, моторное, пневматиче-
ское или иного типа). Уставка реле превышает продолжитель-
ность цикла, а потому до конца цикла реле времени сработать не
успевает.
В конце каждого цикла реле времени РВ отключается.
Если линия вследствие аварии остановилась или вышла из задан-
ного ритма, то реле времени РВ сработает, его н. о. контакты зашун-
Фиг. 239. Схема искателя повреждений.
тируют добавочное сопро-
тивление СД и сигналь-
ная лампа ЛС, включен-
ная в цепь низкого напря-
жения трансформатора Тр,
будет гореть полным на-
калом. Это указывает на
наличие аварии.
После этого начинают
перемещать движок ком-
мутатора К по направле-
нию стрелки. Если при
этом сигнальная лампа не
погаснет, это указывает
на то, что цепь контактов,
контролируемых искателем повреждений, исправна.
Если же лампа ЛС погаснет, то движок искателя продолжают
перемещать дальше, пока она не загорится вновь, причем номер
контакта укажет аппарат, явившийся причиной аварии.
Перед началом работы искателя привод командоаппарата должен
быть отключен.
Проверке посредством искателя повреждений обычно подвергают
цепи включения привода командоаппарата для его поворота на сле-
дующую позицию.
Однако опыт эксплуатации автоматических линий показал, что
число часов простоя линии, вследствие неполадок по причине
неисправности электрооборудования, не превышает — 5% от общего
числа часов простоя линии.
Автоматические линии металлорежущих станков выполняют
только обработку металлов резанием, в то время как автоматические
заводы отличаются наличием сложного комплекса операций метал-
лургической, разнообразной механической, термической и химиче-
ской обработки. В связи с этим в состав автоматических заводов,
кроме металлорежущих станков, включаются плавильные, зака-
лочные и отжигательные печи, литейные, ковочные и штампо-
вочные машины, сварочные агрегаты, упаковочные автоматы и т д.
Управление автоматическими заводами отличается от управления
линиями тем, что, кроме контроля перемещений, возникает необхо-
Электрооборудование станочных автоматических линий
319
димость в контроле температуры, твердости, веса, консистенции,
влажности, состава и т. п.
Автоматизация самых разнообразных процессов весьма полно
осуществлена на построенном в нашей стране автоматическом заво-
де для изготовления автомобильных поршней. У этого завода все
управление производственными агрегатами, а также все функции
контроля и сигнализации осуществляются электрическими сред-
ствами. Также как и у автоматических линий станков, автоматическое
управление в функции пути является основной формой управления
автоматическим заводом. При определенных положениях произ-
водственных агрегатов завода и обрабатываемой детали команды
подаются путевыми переключателями. Кроме путевых переклю-
чателей, используются также контакты низкого напряжения.
Продолжительность операций контролируют электронные реле
времени. В случае недопустимой задержки операции на одном из
производственных агрегатов подается световой сигнал, указываю-
щий неисправный агрегат. Для сигнализации неисправности все
агрегаты снабжены светофорами.
На фиг. 240 представлена упрощенная схема управления меж-
агрегатпым склизом автоматического завода поршней. Когда поршень
перекатывается по склизу от агрегата / к агрегату 2, он замыкает
контакт НИК, включенный в цепь низкого напряжения. При этом
срабатывает промежуточное реле РН, которое включает электронное
реле времени ЭР В. Вследствие малой продолжительности амыкання
контакта НВК реле времени ЭРВ не успеет сработать. Если же по
причине аварии агрегат 2 перестал принимать поршни, то они будут
накапливаться в склизе до тех пор, пока один из поршней не замкнет
контакт НВК на длительное время. Тогда сработает реле ЭРВ
и остановит агрегат /, выдающий поршни. Если агрегат 2 вновь
заработает, то число поршней в склизе начнет уменьшаться, кон-
такты НВК через некоторое время снова разомкнутся и агрегат 1
вновь начнет работать.
Электрификация станков и автоматических линий
chipmaker.ru
320
Многочисленные сложные операции контроля осуществляются
электрическим путем. В частности, контроль твердости металла
после его отливки производится при помощи электроконтактной
головки, измеряющей размеры вмятины, оставшейся после вдавли-
вания шарика.
Высокая степень автоматизации разнообразных производствен-
ных процессов осуществлена на построенных в нашей стране авто-
матических линиях для изготовления шариковых и роликовых
подшипников (1-й ГПЗ). На этих линиях осуществлена полная авто-
матизация механической обработки, термической обработки, сборки
и упаковки подшипников.
В частности, сборка подшипников производится таким образом,
что, в зависимости от размеров внешнего и внутреннего кольца, про-
изводится автоматическое заполнение подшипника шариками нужного
размера.
ИСПОЛЬЗОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА
J Пресс С. А., Электрическое оборудование металлорежущих станков,
Машгиз, 1946.
2. А ч е р к а н Н. С., Расчет и конструирование металлорежущих станков,
Машгиз, 1951.
3. Энциклопедический справочник «Машиностроение», т. 9, Машгиз, 1949.
4. П о п о в В. К-, Основы электропривода, Госэнергоиздчт. 1951.
5. Ill а у м я н Г. А., Автоматы, Машгиз, 1952.
6. X а р и з о м е н о в И. В., Электрооборудование металлорежущих станков,
Машгиз, 1952.
7. Морозов Д. П., Основы электропривода, Госэнергоиздат, 1950.
8 П1 а п и р о И. Л., Электропривод тяжелых токарных и карусельных
станков и его дальнейшее развитие, «Электричество» We 5, 1955
9. 3 у с м а н В. Г. и М и н с к е р Э. И., Электрооборудование автомати-
ческого завода поршней, «Автоматика й телемеханика» We 3, 1952
10 Петров И. И. и 3 у с м а н В. Г., Системы электрического управления
автоматическими станочными линиями и основные задачи дальнейшего их улучшения
и развития Сборник «Автоматизация технологических процессов в машиностроении»,
АН СССР, 1956.
11. Разы граев А. М. иДворин 3. А., Проектирование и монтаж элек-
трооборудования металлорежущих станков, Машгиз, 1952.
12 Ч и л и к и н М. Г., Общий курс электропривода, Госэнергоиздат, 1953.
13. Б р е е в Б. Т., Развитие обработки абразивным инструментом, «Станки
и инструмент» We 1, 1953.
I 14. 3 у з а н о в Г. И., Агрегатные станки, Машгиз, 1948.
15. Голован А. Т., Электропривод, Госэнергоиздат, 1948.
16. В е р х о л а т М. Е.. Электропривод подачи тяжелых расточных станков,
«Станки и инструмент» We 9, 1952.
17. 3 у с м а н В. Г. и Т а т у р О. Н., Электромагнитные муфты, «Электри-
чество» We 3, 1955.
18. Т а т у р О. Н., Электромагнитные порошковые муфты, ЦБТИ МС и ИП,
1956.
19. С о к о л о в Т. Н., Дружинский И. А. и др., Электрокопировально-
фрезерный пола автомат 6441А, Машгиз, 1951.
20. Изделия смежной промышленности Министерства станкостроения СССР,
ЦБТИ, 1951.
21. Обозначения условные графические в электрических схемах, ГОСТ 7624-55,
1956.
22. ЛОНПТОУ, Труды Всесоюзного совещания по автоматизированному при-
воду металлорежущих станков, 1952.
23. Ц е й т л и н Н. И., Металлорежущие копировальные станки, Машгиз,
1951.
V 24. В о р о ш и л о в М. С., Электрические схемы металлорежущих станков
Машгиз, 1948.
25. В е ш е н е в с к и й Н. С., Расчет характеристик и сопротивлений для
электродвигателей, Госэнергоиздат, 1955.
26. Сан л лер А. С., Электрооборудование металлорежущих станков, Гос-
энергоизтат, 1949.
27. Э1П1МС—Общие справочные данные по электрооборудованию, использу-
емому при модернизации металлорежущих станков, Машгиз, 1956.
21 Хариэоменов 2890
chipmaker.ru
322 Приложение
ПРИЛОЖЕНИЕ
Условные графические обозначения для электрических схем
Настоящее приложение составлено на основе условных обозначений утвер-
жденных ГОСТ 7624-55 (отмечены звездочкой), с добавлением обозначений,
применявшихся на станкостроительных заводах до введения указанного ГОСТ
(1 июля 1956 г.).
Электродвигатель асинхронный трехфаз- ный: а) с короткозамкнетым ротором: б) с фазовым ротором 1 * 1 * *
Машина постоянного тока *
Машина постоянного тока с обмотками смешанного возбуждения (параллельной, самовозбуждения и последовательной), до- полнительных полюсов и компенсационной -АЛА
VVv
Усилитель электромашинный с попереч- ным полем и несколькими обмотками управ- ления 1
Эчемент гальванический или аккумуля- торный + || -
Трансформатор однофазный с сердечни- ком -A/W-
Электромагнит (с паргСтлельной обмоткой)
П риложение
323
Продвижение
л Электромагнитная муфта Й 11 t
/ Электромагнитная плита х
Сопротивление омическое Сопротивление регулируемое со сколь- зящим контактом —4 — —GTBD— *
Сопротивление индуктивное без сердеч- ника *
Сопротивление индуктивное с сердечни ком (дроссель) *
Дроссель с катушкой подмагничивания 'Х/Х/Х/ *
Конденсатор * 41 ЕЕ—
Заземление — а — тг, 7777,
Плавкий предохранитель 1 *
21
chipmaker.ru
Приложение
324
Продолжение
Выключатель трехполюсный V
Пакетный переключатель —ою-сж- -о <*> о-
Контакты кнопок: а) нормально открытый; б) нормально закрытый 1 * ж
Катушка контактора
Катушка реле (напряжения и тока) лу\у— ——1
Две параллельно включенные катушки кон га к юра *
Контакты контакторов и реле: а) нормально открытый б) нормально закрытый ж
-т-
Контакт нормально открытый с гашением * ]|ф -
Приложение
325
Про ютжение
Контакты с выдержкой времени при за- крывании: а) нормально открытый; б) норма., ьно закрытый ||<1 л>1к~ 1>11<Г
Контакты с выдержкой времени при от- крывании: а) нормально открытый; б) нормально закрытый 10 "<11> -4F-
Контакты путевых переключателей: а) нормально открытый. б) нормально закрытый .А X 7 Й у Ч т
Контакт нормально закрытый с защелкой и ручным возвратом -W-
Нагревательный элемент теп ювого реле <1
chipmaker.ru
П риложсние
326
Продолжение
Командоконтроллер, переключатель упра- вления на 2 положения Контакт (о) включен при повороте вправо ! 4
Командоконтроллер, переключатель управ ения на 5 положений. Нормально закрытый контакт отключается при пово- роте вправо (В) в положениях 1 и 2 и при повороте влево (Н) в положении 2, остает- ся включенным в положении / при поворо- те влево Н В 2 1012 । 1 । । । !Н! !
Лампа осветительная #
Лампа сигнальная * -в—
Вентиль полупроводниковый ж
Примечание. В книге приведен ряд сокращенных обозначений: МС
и ИП — Министерство станкостроительной и инструментальной промышлен-
ности, МЭН— Министерство электропромышленности ЭНИМС — Экспери-
ментальный научно-исследовательский институт металлорежущих станков,
СТАНКИН — Московский ста и кои нстр у ментальный институт, МСЗ—Ле-
сковский станкостооительный та вод шлифовальных станков, ЗВШС —
Завод внутришлифовальных станков.
Chipmaker.ru
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие ............................................................ 3
Введение . . . . ........................................................ 5
Глава 1. Уравнение движения .... ....................... 9
§ 1. Основные понятия ..... ........................... 9
§ 2. Переходные процессы .......................................... 10
Глава 11. Электромеханические свойства асинхронных двигателей 16
§ 3. Механические характеристики ......................... ..... 16
§ 4. Пуск в ход ................................................ 23
§ 5. Регулирование скорости вращения ... 29
§ 6. Тормозные режимы ........................................... 37
§ 7. Конструктивные формы асинхронных двигателей ... ... 41
§ 8. Высокочастотные электродвигатели ............................ 45
Глава 111. Электромеханические свойства двигателей постоянного тока
с параллельным возбуждением ............................................ 49
•
§ 9 Механические характеристики . .......................... . . 49
§ 10. Пуск в ход ................................................... 53
§ 11 Регулирование скорости . . 55
§ 12. Тормозные режимы ........................................ . . 61
§ 13. Конструктивные формы ......................................... 64
Глава / V. Приводы с регулируемым напряжением .......... 65
§ 14. Система генератор—двигатель.................................. 65
§ 15 Электромашинные усилители и их применение .................... 71
§ 16. Приводы с магнитными усилителями и регулируемыми трансфор-
маторами ...................................................... . 79
§ 17. Ионные приводы ............................................... 82
§ 18. Электрический вал и его применение в станкостроении........ 87
Глава V. Определение мощности электродвигателей......................... 92
§ 19. Нагревание электродвигателя при нагрузке .................... 92
§ 20. Определение мощности электродвигателя при постоянной продол-
жительной нагрузке ................................................. 97
§21. Определение мощности электродвигателя при кратковременной
нагрузке ........................................................... 99
§ 22. Определение мощности электродвигателя при переменной продол-
жительной нагрузке ....................................... 102
§ 23. Определение мощности электродвигателя при повторно-кратко-
временной нагрузке ....................................... 108
§24. Энергетика электропривода станков .......................... 112
chipmaker.ru
328
О г гав ленив
Глава VI. Аппаратура и схемы электрического управления металлорежущими
станками ............................................................. 120
§ 25. Аппаратура и схемы ручного управления станками . . 120
§ 26. Аппаратура релейно-контакторного управления.................. 124
§ 27. Основные схемы контакторного управления...................... 140
§ 28. Аппаратура и схемы защиты электродвигателей.................. 145
§ 29. Электромагниты и электромагнитные муфты ......... ... 152
§ 30. Электромагнитные закрепляющие устройства .................... 165
Глава VII. Электрическая автоматизация станков ........................ 174
§ 31. Автоматическое управление в функции пути..................... 174
§ 32. Автоматическое управление в функции времени.................. 189
§ 33. Автоматическое управление в функции скорости................. 198
| 34. Автоматическое управление в функции нагрузки................. 202
§ 35. Электро-гидравлическая автоматизация станков................. 207
§ 36. Электрическое копирование на металлорежущих станках.......... 213
§ 37. Программная электроавтоматика станков ....................... 229
Глава VIII. Электрификация станков и автоматических линий.............. 244
§38. О рациональной степени и форме электрификации станка .... 244
§ 39. Проектирование и монтаж электрооборудования станка...... 250
§40. Электрификация станков токарной группы.................. 268
§ 41. Эзектрификания сверлильных и расточных станков.......... 282
§ 42. Электр, фикания строгальных станков..................... 287
§ 43. Электрификация фрезерных и зубообрабатывающих станков . . . 296
§ 44. Электрификация шлифовальных и доводочных станков . . . 303
§ 45. Электрооборудование станочных автоматических линий........ 310
Использованная литература ............................................. 321
Приложение. Условные графические обозначения для электрических схем . 322
— —
Chlpmaker.ru
Игорь Владимирович Харизоменов
ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ
МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ СТАНКОВ
Редактор издательства Е. А. Шемшурина
Технический редактор Б. И. Модель Корректор Т. Г Якушина
Сдано в проИ1водство 3/VH 195? г. Подписано к печати 29/Х1 1957 г.
Тираж 25 LOU экз. Печ. л. 21,25 (3 вкл.) Уч.-изд. л. 21,4.
Формат 60x92’/w Заказ 2890.
Т-10658
Бум. л 10.63.
Типография № 6 УПП Ленсовнархоза, Ленинград, ул. Моисеенко, 10.