/
Similar
Text
ДЛЯ УЧАЩИХСЯ ТЕХНИКУМОВ
Е.Н. ЗИМИН
В.И. ПРЕОБРАЖЕНСКИЙ
И.И. ЧУВАШОВ
ЭЛЕКТРО-
ОБОРУДОВАНИЕ
ПРОМЫШЛЕННЫХ
ПРЕДПРИЯТИЙ
И УСТАНОВОК
Я-E? '' «'WWt
"а-Ж
В. Н ЗИМИН,
НИ ПРЕОБРАЖЕНСКИЙ,
И. .И. ЧУВАШОВ
<;
д.
ЭЛЕКТРО-
ОБОРУДОВАНИЕ
ПРОМЫШЛЕННЫХ
ПРЕДПРИЯТИЙ
И УСТАНОВОК
fi 4; . —
издлнйевЮрое,
ПЕРЕРАБОТАННОЕ И ДОПОЛНЕННОЕ
Допущено Министерством
электротехнической промышленности
• качестве'учебника
для техникумов
*
:-‘Й
я
I Нвечис^гвггг;
I
L Уг -
МОСКВА ЭНЕРГОИЗДАТ JW1
ББК 31.261
3-82
УДК [658.26 : 621.313] (076.3)
Рецензенты: Томский 'электромеханический Техникум]
и Л. В. Томилин . ,
Зимин Е. Н. и др.
3*62 Электрооборудование промышленных предлри-.
ятий и устаиовок/Е. Н. Зимин, В. И. Преображен*
ский, И. И. Чувашов: Учебник для техникумов, —
2-е изд., перераб. и доп. — М.: Энергоиздат, 1981.——
552 с., ил.
В пер.: 1 р. 10 к.
В книге изложены вопросы электрооборудования автоматизации'
г - наиболее характерных и распространенных технологических установок*,
станков и машин промышленных предприятий. Даны примеры по рас-
чету м выбору двигателей н другого влектрооборудоваиня. Подведены
•лектрические схемы управления общепромышленными установками.
Первре издание вышло в 1968 г. над названием «Электрооборудо-
яанне промышленных предприятий и установок в машиностроении*.
Во 2-м падении, полностью обновленном, рассмотрены влехтрообору- ..
дование и установки предприятий электромашиностроения.
Квита предназначена- в. качестве учебника для Электромеханиче-
ских техникумов. •' *
_ 30307-533 ББК 31.261
3------------87-81 (Э). 2302030000
051(012)-81 * _ вП2.1.081
© Энергоиздат, 1981
ППДИС1ЮВИЕ
В Предлагаемой книге рассмотрены основное элек-
орудование, вопросы автоматизации, электрические
ы.электротермических и -электросварочных устано-
к, подъемно-транспортных машин и механизмов, ме- .
ДЛлообрабатывЗющих станков и -машин, насосов, ком*
ров,' вентиляторов и некоторых других установок,
л {учивши распространение на промышленных пред*
хриятиях электромашиностроения.
Книга написана в-соответствии с программой предме-
. га «Электрооборудование промышленных пред1уэиятий и
• установок отрасли» для учащихся средних специальных
^учебных заведений.
В книгу не вошел материал только по разделу про-*
‘ граммы «Электрическое освещение», по которому есть
’Отдельное учебное пособие.
Я По сравнению с первым изданием, выпущенным в
1968 г. под названием «Электрооборудование промыш-
денных предприятий и установок в машиностроении», ма-
териал книги переработан и обновлен с учетом посЛед-
них достижений н тенденций развития в области элек-
трооборудования и автоматизации промышленного
Производства.
Изложение базируется на знании читателями предме-
тов «Теоретические основы электротехники», «Электриче-
е машины и трансформаторы», «Основы промышлен-
й электроники», «Основы автоматики н вычислитель-
й техники», «Электрический привод» и «Основы
технологии отрасли».
£ - В первом издании книги в написании гл. 1, 2, 14, 19
принимал участие И. И. Чувашов.
Во 2-м издании главы I, 2, 14, 15 и 19 написаны
. Зиминым, главы 3—13, 16—18, 20 и 21. написаны
Й. Преображенским. Редактирование рукописи произ-
пеМя: В. П. Цишевский — гл. 1—5,14, 17—19 в Р. С. Сар-
гл. 6—13,15,16,20,21.
Авторы будут признательны читателям, приславшим
i замечания, и просят направлять их в адрес Энерго-
а: 113114, Москва, М-114, Шлюзовая наб., 10.
f
. - Авторы
ВВЕДЕНИЕ
Электрификация народного хозяйства СССР явля-
ется основой строительства экономики коммунистическо-
го общества и развития производительных сил страны.-
Электрификация обеспечивает выполнение задачи, широ-
кой комплексной’механизации и автоматизации произ-
водственных процессов, что позволяет усилить темпы
роста производительности общественного труда» улуч-
шить качество продукции и облегчить условия труда» На
базе использования электроэнергии ведется техническое
перевооружение промышленности, внедрение новых тех-
нологических процессор- и осуществление коренных пре-
образований в организации производства н управлении
нм. Поэтому в современной технологии и оборудовании
промышленных предприятий велика роль электрообору-
дования, т. е. совокупности электрических машин, аппа-
ратов, приборов и устройств, посредством которых про-
изводится преобразование электрической энергии в ДрУ-<
гие виды энергии и обеспечивается автоматизация
технологических процессов.
Электромашиностроение — одна из ведущих отрас-
лей машиностроительной промышленности. Процесс из- *
готовления электрической машины складывается из опе-
раций, в которых используется разнообразное технологи-
ческое оборудование. При этом основная часть '
современных электрических машин изготовляется мето-
дами поточно-массового производства. Специфика элек-
тромашиностроения заключается главным образом в на-
личии таких процессов, как -изготовление и укладка об-
моток электрических машин, для чего применяется
нестрндартизованное оборудование, изготовляемое обыч-
но самими электромашиностроительными заводами»
В преобладающей же своей части технологическое обо-
рудование и электрооборудование электромашинострои-
тельных заводов типичны для машиностроения в целом.
Электромашиностроение характерно многообрази-
4
/ ем технологических процессов, использующих электро-
(энергию: литейное производство, сварка, обработка ме-
таллов и материалов давлением и резанием, термообра-
ботка и т. д. Предприятия электромашиностроения
широко оснащены электрифицированными подъемно-
транспортными механизмами, насосными, компрессорны-
МН и вентиляторными установками. Автоматизация за-
трагивает не только отдельные агрегаты и вспомогатель-
;гные механизмы, но во все большей степени целые
комплексы их, образующие полностью автоматизироваи-
, «"i В1*е поточные линии и цехи. л i
< *=- Первостепенное значение для автоматизации про-
изводства имеют многодвигательный электропривод и
средства электрического управления. Развитие электро-
Лпривдда идет по пути упрощения механических передач
и приближения электродвигателей к рабочим органам
V Машин и механизмов, а также возрастающего примене-
; ния электрического регулирования скорости приводов.
"л Широко внедряются комплектные тиристорные преобра-
зовательные устройства. Применение тиристорных пре-
*• образователей не только позволило создать высокоэко-
Лйомйчные регулируемые электроприводы постоянного
’.^тока, но и открыло большие возможности для использо-
Д'вания частотного регулирования двигателей переменно-
$то тока, в первую очередь наиболее простых и надежных
^асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором.
все большее распространение получайт новейшие
‘ч Средства электрической автоматизации технологических
—^установок, машин и механизмов на базе полупроводни-
вой техники, высокочувствительной контрольно-изме-
ригельной и регулирующей аппаратуры, бесконтактных
|втчикОв и'Логических элементов. Расширяется область
рименения программного управления технологическими
бъектами с записью программы иа бумажной или маг-
нитной ленте. Для управления технологическими процес-
сами все чаще используются электронные вычислитель-
ные машины.
5
В современных условиях эксплуатация электрообо-
рудования требует тлубокнхв разносторонних званий,
а задачи создания нового или модернизации существую-
щего электрифицированного технологического агрегата,
механизма или устройства решаются совместными уси-
лиями технологов, механиков и электриков. Требования
к электрооборудованию вытекают из технологических
данных и условий. Электрооборудование нельзя рассмат-
ривать в отрыве от конструктивных и технологических
особенностей электрифицируемого объекта, и наоборот.
Поэтому специалисты в области электрооборудования
промышленных предприятий должны быть хорошо яна-
комы как с электрической частью, так в с основами тех-,
нологнческих процессов и конструкциями установок элек-
тронагрева. и электросварки, металлообрабатывающих
станков и машин, подъемно-транспортных механизмов,
и т. д.
Электрооборудование промышленных предприятий
и установок проектируется, монтируется и эксплуатируй
ется в соответствии с Правилами устройства электро-
установок (ПУЭ) и другими руководящими докумен-
тами.
Г я4 в а я в p •а я
ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ УСТАНОВОК
ЭЛЕКТРОНАГРЕВА
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ЭЛЕКТРОТЕРМИЧЕСКИХ
’ УСТАНОВКАХ
Электронагрев широко применяется на предприяти-
электромашиностроения Ори производстве фасонного
литья из металлов и сплавов, нагрева заготовок перед
д^кбработкой давлением, термической обработки деталей
узлов электрических машин, сушки изоляционных ма-
г’ рериалов и т. д. 4
Электротермической установкой (ЭТУ) называют
*_, комплекс, состоящий из электротермического оборудо-
вания (электрической печи или электротермического
устройства1, в которых электрическая энергия преобра-
ауется в тепловую), и электрического, механического и
другого оборудования, обеспечивающего осуществление
рабочего процесса в установке.
Электротермическое оборудование весьма разнооб-
разно по принципу действия, конструкции и назначению.
В наиболее общей форме все электрические печи и элек-
тротермические устройства можно разделить по назна-
чению на плавильные печи для выплавки или перегрева
расплавленных металлов и сплавов и термические (на-
гревательные) печи и устройства для термообработки
изделий из металла, нагрева материалов под пластиче-
скую деформацию, сушкй изделий н т. д. По способу пре-
образования электрической энергии в тепловую разли-
чают, в частности, печи и устройства сопротивления, ду-
говые печи, индукционные печи и устройства.
В электропечах и электротермических устройствах
* # Сопротивления используется выделение тепла электриче-
, ским током при прохождении его через твердые и жид-
'.’жие тела. Электропечи этого вида преимущественно вы-
$Полняются как печи косвенного нагрева. Превращение
^электроэнергии в тепло в них происходит в твердых на-
тельных элементах, от которых тепло путем излу-
ч’чеяия, конвекции и Теплопроводности передается нагре-
Здоемому телу, либо в жидком теплоносителе — расплав-
* Электротермическое устройство отличается от электропечи от-
ГУгсТмим камеры нагрева.
Ж--Ж' ’ з
ленной соли, в которую погружается- нагреваемое тёло,
и тепло передается ему путем конвекции теплопровод-
ности. Печи сопротивления — самый распространенный
и многообразный вид электропечей. ,
Плавильные печи сопротивления .применяют преиму-
щественно при производстве литья из легкоплавких ме-
таллов и сплавов. Термические печи используются для
термообработки металлов и сушки материалов й изде-
лий. Электротермические устройства сопротивления par
ботают по принципу прямого нагрева: подлежащее на-
греву тело непосредственно служит проводником тела и
в нем выделяется тепло.
Работа плавильных, дуговых электропечей основана
на выделении тепла в дуговом разряде.. В электрической
дуге концентрируется большая мощность и развивается
температура свыше 3500° С. В дуговых печах косвенного
нагрева дуга горит между электродами, а тепло пере-
дается расплавляемому телу в основном излучением. Пег
чи такого рода используют при производстве фасонного
литья из цветных металлов, их сплавов и чугуна. В дуго-
вых печах прямого нагрева одним из электродов служит
само расплавляемое тело. Эти печи предназначены для
выплавки стали, тугоплавких металлов и сплавов. В ду-
говых печах прямого иагрева, в частности, выплавляют
большую часть стали для фасонного литья.
В индукционных печах и устройствах тепло в элек-
тропроводном нагребаемом теле выделяется токами, ин-
дуктированными в нем переменным электромагнитным
полем. Таким образом, здесь осуществляется прямой, на-
грев. Индукционную печь или устройство можно рас-
сматривать как своего рода трансформатор, в котором
первичная обмотка (индуктор) подключена к источнику
переменного тока, а вторичной обмоткой служит само
нагреваемое тело. Индукционные плавильные печи при-
меняют при производстве литья, в том числе фасонного,
из стали, чугуна, цветных металлов и сплавов. Нагрева-
тельные индукционные печи используют для нагрева за-
готовок под пластическую деформацию и для проведения
равного рода термообработки. Индукционные термиче-
ские'устройства применяют для поверхностной закалки
и других специализированных операций.
Серийно выпускаемое отечественной промышленностью электро-
термическое оборудование имеет обозначения, отражающие способ
нагрева, конструктивные признаки и особенности технологического
характера. Такое обозначение состоит из трех основных букв, н«-
8
их цифр и вспомогательных букв. Первая основная буква
{указывает на способ нагрева, например: Д —дуговой, И—нндукцн-
•ПИНый, С—сопротивлением. >
Л'.-‘V плавильных печей вторая основная буква обозначения опредв*'
><Мет основной металл, для плавки которого предназначена печы
и — алюминий и его сплавы; М—медь я ее сплавы (кроме лату-
Ш): Л —латунь; О — олово, свинец, баббит; С —сталь я жаропроч-
Щйе сплайн; Ч — чугун я др. Третья основная буква характеризует
ейший конструктивный признак плавильной печи, например,.для
шутовых печей: П-—с поворотным сводом; Б — барабанная; для ин-
дукционных печей: К—канальная, Т —тигельная; .Для печей сопро-
тивления: Т —тигельная, К —камерная, Б — барабанная. Может
^добавляться и четвертая (вспомогательная) буква, например бук-
ва М, для обозначения миксера. Цифра после буквенного обозначе*
иия для большинства плавильных печей означает емкость печи в
торнах.
У термических печей сопротивления вторая основная буква ха-
шСктеризует основной конструктивный признак: А — карусельная;
В—барабанная; В — ванная; Д—с выдвижным подом; К — кон-
вейерная; Н — камерная; Р—рольганговая; Т—толкательная;
Л1 — шахтная и др. Третья основная буква для этих печей показы-
вает характер среды в печном пространстве: А — азотирующая;
3 — защитная; О — окислительная (воздух); С—соль, селитра; Ц—
цементационная и т. д. После букв следуют размеры рабочего
пространства в дециметрах. У всех печей Через дробь указывается
максимальная температура в сотнях градусов Цельсия (°C). Для аг-
регатов нз нескольких печей обозначение агрегата соответствует
обозначению первой печи с добавлением буквы А, знаменатель соот-
ветствует температуре последней лечи агрегата. К обозначениям пе-
чей с камерами охлаждения добавляется буква X и цифра, опреде-
ляющая длину камеры в дециметрах.
‘ У индукционных устройств вторая основная буква определяет
‘Технологическое назначение: Н — нагревательное; 3 — закалочное;
Третья буква характеризует вид нагреваемого изделия или харак-
тер нагрева: М — мерные заготовки; П — прутки; У — участковый
(местный) нагрев и т. д. После букв ставятся цифры, показываю-
щие мощность устройства в десятках киловатт, и последняя цифра
(буква) указывает на частоту тока, например: 1 —1000 Гц; 8—
8000 Гц; П — 50 Гц («Промышленная» частота).
Примеры обозначений электропечей: CK3-4.30.1/9 — конвейерная
электропечь сопротивления с защитной атмосферой, размерами ра-
бочего пространства 0,4X3x0,! м я температурой 900°С; СНО-З.в,
5.2/7—камерная электропечь сопротивления с воздушной ат-
. мосферой, размерами рабочего пространства 0,3X0,65X0,2 м и тем-
пературой 700° С; ИЛК-1 — индукционная канальная электропечь
дли плавки латуни, емкость 1 т; ДСП-1,5 —дуговая сталеплавиль-
ная пе^ь с поворотным сводом, емкость 1,5 т.
Электротермические установки, как правило, пита?
ются переменным током (кроме установок вакуумных
дуговых печей, для которых необходим постоянный ток).
В отношении обеспечения надежности электроснабжения
ЭТУ согласно ПУЭ преимущественно принадлежат к
электроприемникам 2-й или 3-й категории.
9
К комплектующему электрооборудованию ЭТУ отно-
сятся: печные трансформаторы и автотрансформаторы;
преобразовательные агрегаты (для установок печев и
электротермических устройств, в которых преобразова-
ние электрической энергии в тепловую происходит -При
частоте, отличной от 50 Гц); коммутационные и защит-
ные аппараты на вводе ЭТУ; токопроводы ЭТУ— сило-
вые электрические цепи, соединяющие печи (электротер-
мические устройства) с другим электрооборудованием;
автоматические регуляторы теплового режима печи
(устройства); электроприводы вспомогательных меха-
низмов ЭТУ; щиты, пульты и станции управления.
Ниже кратко рассмотрены основные виды ЭТУ (под-
робнее см. [2,12,13,15,18—20, 32]).
1-1 установки ПЕЧЕЙ СОПРОТИВЛЕНИЯ
Конструктивное исполнение печей сопротивления. На
конструкцию печей сопротивления существенно влияют
характер работы и особенности загрузив и выгрузки на-
греваемых материалов, а также температурные условия» .
наличие или отсутствие искусственной атмосферы в ра-
бочем пространствепечи. -
По способу загрузки и характеру работы во времени
различают печи периодического (садочные) н непрерыв-
ного (методические) действия. В печи периодического
действия после загрузки нагреваемое тело не изменяет
своего положения в течение всего времени тепловой об-
работки, т. е. до момента выгрузки. В печи непрерывного
действия нагреваемые изделия загружаются с одного
конца печи, постепенно перемещаются по ее длине, про-
греваясь до заданной температуры, и выдаются с другого
конца.печи. Такие печи используются, в частности, в ав-
томатических технологических линиях.
На рис. 1-1 схематично показаны .некоторые основные
типы конструкций термических печей сопротивления: са-
дочных (рис. Ы, а—д) н методических (рис. 1-1,е—и].-
Камерная печь (рис.. 1-1. а) среди печей периодиче-
ского действия является простейшей и в то же время
универсальной. Ее корпус 2 прямоугольной формы вы-
полнен в виде камеры с огнеупорной и теплозащитной
футеровкой, помещенной в металлический кожух. Печь
загружается и выгружается через отверстие в передней
стенке, закрываемое дверцей 1. Малые печи для удоб-
10
w -------- ---------- ----------
. 0fka загрузки устанавливаются на ножках, большие пе-
_ ' . непосредственно на полу. Нагревательные элемен-
ты 3 располагаются в поду и иа боковых стенках- печи,,
реже иа ее своде (у очень крупных печей и на задней
стенке печи и на дверце). Подовые нагревательные эле-
йнть перекрываются жароупорными плитами, на кото-
рык укладываются изделия. Дверцы печей обычно вы-
1 волняются подъемными, у малых печей — с ручным илн
«•ножным приводом, у более крупных.—с электропри-
водом.
а Шахтная печь (рис. 1-1, б) представляет собой круг-
' Лую, квадратную или прямоугольную шахту. Корпус пе-
чиЛ заглублен в землю и перекрывается сверху крыш-
кой 4 с затвором и электроприводом. Нагревательные
«Дементы 3 подвешиваются на боковых стейках «печи.
В таких печах производится термообработка, например,
длинных валов. Некоторые шахтные печи имеют две—три
'<» - тепловые зоны для обеспечения равномерности нагрева
; Г изделий большой длины.
' т В колпаковой печи (рис. 1-1, в) съемный корпус 2
(колпак) цилиндрической или прямоугольной формы с
нагревательными элементами 3 на боковых стенках и
жароупорный муфель 5 устанавливаются краном. За*
грузка помешается также при помощи крана иа стенд-
под 6 печи (при поднятых колпаке и муфеле). Питание
нагревательных элементов осуществляется при помощи
гибких кабелей и электрических соединителей (штепсель-
’ ных разъемов). Обычно одним колпаком обслуживаются
несколько стендов. По окончании нагрева колпак отклю-
чается и краном переносится на соседний стеид,- где уже
установлена очередная загрузка. Остывание загрузки
происходит под муфелем.
Печь с выдвижным подом (рис. 1-1, г) является раз-
новидностью камерной печи. Ее применяют для термооб-
работки и отжига очень крупных изделий. Здесь камера
2 не имеет дна и стоит на колоннах, а выдвижной под 7
смонтирован на тележке с электроприводом катков илн с
лебедкой. Для загрузки и разгрузки открывается двер-
ца 1 и тележка выезжает из-под камеры. Расположение
нагревательных элементов такое же, как и в обычной
камерной печи.
Соляная электродная ванна (рис 1-1, д) представля-
ет собой металлическую или керамическую ванну 8, на-
полненную солью 10, в которую опущены электронагре-
11
ватели (электроды) 11. Часть ванны, в которой Нахо-
дятся электронагреватели, отделена от рабочей части пе-
регородкой. Ванна помещена в корпус 2 и прикрыта
сверху зонтом 9. Для пуска ванны (разогрева соли) ис-
пользуется специальный погружной электронагреватель.
Солдаые ванны обеспечивают быстрый и равномерный
разогрев изделий, помещаемых в' расплавленную соль.
Оди применяются, в частности, для нагрева под закалку
Н отпуск инструментов.
Печи непрерывного действия характерны наличием
транспортирующего механизма, который может быть
выполнен различными способами.
3 толкательной печи (рис. 1-1, е), которая имеет
длинную прямоугольную камеру 2 с нагревателями 3, из-
делия на поддонах 12 или без них периодически протал-
киваются по направляющим илЬ роликам пода печи с
помощью находящегося перед загрузочной дверцей 1
механизма толкателя с электро- или гидроприводом. На
время проталкивания загрузочная 1 и разгрузочная 1'
дверцы печи открываются. Достоинства толкательной
печи в первую очередь определяются надежностью рабо-
ты, поскольку механизм толкателя находится вне пёчн,
а также возможностью обработки изделий большой
массы.
Конвейерная печь (рис. 1-1, ж) представляет собой
длинную камеру 2 с нагревателями 3 и дверцами 1 и /'.
Транспортирующий механизм печи — цепной конвейер
13, бесконечное полотно которого состоит из плетеной
металлической сетки или цепных звеньев. Конвейерная
цепь натянута между ведущим и ведомым барабанами и
приводится в движение электроприводом через переда-
точный механизм и ведущий барабан. Барабаны могут
располагаться внутри печи или вне ее. В первом случае
меньше «потери тепла, во втором повышается надежность
работы* печи, упрощается ее загрузка и выгрузка.
Барабанная печь (рис. 1-1, з) имеет в камере 2 с на-
гревателями 3 жароупорный барабан (муфель) 14 с ар-
химедовой спиралью. При вращении барабана с помо-
щью электропривода изделия перекатываются в бараба-
не, постепенно перемещаясь от загрузочного устройства
15 к месту разгрузки. Такие печи применяются, напри-
мер, для закалки мелких деталей, не имеклцид острых
кромок. Тогда из разгрузочного конца барабана детали
поступают в закалочный бак 16.
12
3&- Рольганговая печь (рис. 1-1, и) наиболее универсаль-
$1 ;^на. В .ее длинной камере' 2 с нагревателями 3 и дверда-
1 и 1' можно обрабатывать изделия разнообразных
»с форм и размеров. В зависимости от размеров и конфигу-
рации изделий последние перемещаются по рольгангу 17
У-т^вечи непосредственно или в поддонах. Привод рольган-
,,-gra г-электромеханический регулируемый, весь меха-
6).
и тг
« •
8
2
Рис. 1-1. Схемы электропечей сопротивления.
*•
<
1 Г.
низм привода,' кроме роликов, вынесли из печи. Рольган-
говые печи Могут работать в непрерывном и в периоди-
ческом режиме; они используются не только для разно-
образных операций термообработки, но и для нагрева
заготовок перед пластической деформацией. Часто роль-
ганговые печи выполняются с несколькими самостоя-
тельными зонами нагрева -и охлаждения (несколько
температурных зон могут иметь и другие методические
печи). По сравнению с толкательными печами таких же
типоразмеров и мощности рольганговые имеют лучшие
технико-экономические показатели: производительность
13
их выше, а удельный- расход- электроэнергии- меньше.
Кроме того, сокращается площадь, занимаемая печыо,
и уменьшается расход конструкционных жаропрочных
материалов при изготовлении печи. Рольганговые печи
по сравнению с конвейерными более надежны р работе.
- - Печи непрерывного действия особенно удобны для ра-
боты в поточных технологических линиях с металлообра-
батывающими ставками и другими агрегатами и устрой-
ствами.
Плавильные электропечи сопротивления для легко-
( плавких металлов (олово, цинк и т. п.) представляют
собой стальную литую или сварную ванну либо котелок,
помещенные в футеровку. Нагревательные элементы
обычно укладываются в футеровке. В некоторых случаях
трубчатые нагревательные Элементы опускаются непо-
средственно в ванну. Крупные печи снабжаются меха-
низмом наклона для разлива металла. Для плавления
алюминия при фасонном литье применяют также ка-
. мерные печи емкостью до 250 кг, в которых металл рас-
плавляется непосредственно в футеровке ванны.
В ряде процессов термообработки нагрев металлов в
' воздушной среде нежелателен или даже недопустим из-
за окисления металла или - его обезуглероживания- -
(у сталей}. Для таких ^процессов применяют электропе-
чи с защитной атмосферой, создаваемой путем введения, -
в рабочее пространство смеси газов (азота и водорода),
промышленных газов, естественного или городского газа
и др. В конструкциях вечей с защитной атмдсферой пре-
' усматриваются меры по герметизации печи или умень-
' шеиию потерь газа. Иногда применяют пламенную за-
весу, сжигая газ, вытекающий Через щель у порогов за-
грузочного и разгрузочного окон. Некоторые процессы
термохимической обработки поверхности изделий, на-
пример цементация или азотирование,, требуют спецц*-
алъной атмосферы. Печи в этом случае должны быть гер-
метичными, так же как и печи для плавки металлов в ва-
кууме. .
По рабочей температуре печи сопротивления раздел
ляют иа низкотемпературные (до 600—700°С), срёйне*
температурные (от 600—700 до 1200—1250° С) и высоко-
температурные (от 1250 до 2500° С). Температурные ус-
ловия также накладывают отпечаток иа конструкцию
печи, нагревательных элементов, вспомогательных меха^
низмов и на применяемые -для них материалы. В низко*
1*
'J температурных печах, в которых значительная часть теп-
ла передается конвекцией, для улучшения условий на*
грева часто приценяется принудительная вентиляция
• Печной атмосферы. Некоторые конструкции термических
печей сопротивления показаны на рис. 1-2—1-4,
Среднетемпературная серийная камерная печь
<рмс. 1-2) имеет камеру, образованную огнеупорной фу*
Рис. 1-2. Среднетемпературная камерная печь.
теровкой 5 и теплоизоляцией в кожухе 4 из листовой и
профилированной стали. На своде, боковых стенках и в
поду расположены нагревательные элементы 3 в виде
зигзагов или впиралей. Подовые нагревательные элемен-
ты перекрыты жароупорными плитами 6, на которые
укладываются нагреваемые изделия. Дверца / печи име-
ет механизм подъема 2 с электроприводом. Печь снаб-
жена устройством пламенной завесы 7. В* камеру печи
подается защитный газ.
На рис. 1-3 показана низкотемпературная конвекци-
онная сушильная печь, широко применяемая для сушки
роторов, статоров и якорей электрических машин до и
после пропитки кремнийорганическим лаком. В ней мо-
15
Рис. 1-3 Сушильная камерная
печь.
жет производиться также суркка изделий после, окраски.
Печь обогревается воздухом, проходящим через электро-
калорифер 2, в котором помещены нагревательные эле-
менты, и рассчитана на температуру 200° С. Воздух про-
гоняется через калорифер вентилятором 3, нагревается
и, омывая изделия, находящиеся в камере нечи на те-
лежке 4, отдает им свое
тепло. Охлажденный воз-
дух засасывается тем же
вентилятором в циркуля-
ционный воздухопровод
1 через окна, расположен-
ные по нижнему перимет-
ру камеры, и вновь посту-
пает в калорифер. Таким
образом, печь имеет зам-
кнутый цикл циркуляции
воздуха.
На рис. 1-4 изображе-
на рольганговая печь для
совмещенного процесса
отжига и оксидирования
листов магнитопроводов
электрических машин.
Печь представляет собой
крупный агрегат, состоя-
щий из- ряда камер и уз-
лов. Листы статора и ро-
тора набираются на отв-
равки, установленные в
поддонах 1. Поддоны пе-
редвигаются по всем камерам при помощи нескольких
секций рольгангов 3 со своими электроприводами 8.
В камере обжига 2’прн 300—320° С производится удале-
ние остатков масла с поверхности листов после штампов-
ки. Камеры нагрева 4 до 900° С (отжиг) и охлаждений
б до 050—550° С работают с защитной атмосферой. Ох-
лаждение листов магнитопровода осуществляется воз-
душными охлаждающими трубамн и за счет потерь че-
рез облегченную футеровку. Одновременно камера 5
Оборудована нагревательными элементами. Камеры на-
грева и охлаждения оснащены вентиляторами-мешалка*
мн, располагаемыми иа секциях свода. В последующей 7
камере охлаждения 6 в воздушной среде до 550—400° Q
6^S’ <Э/>1
It
осуществляется оксидирование листов. Камера также
имеет нагревательные элементы и вентиляторы. Охлаж-
дение листов Происходит за счет потерь через футеров-
ку. В камере ускоренного охлаждения 7 листы при по-
мощи вентиляторов обдуваются воздухом из цех*, а стен-
ки камеры охлаждаются водой.
Рис. 1-5. Проволочные н ленточные нагреватели.
Нагревательные элементы (нагреватели). Для элек-
тропечей сопротивления нагреватели изготовляются, из
жаропрочных материалов, стойких к окислению кислоро-
дом воздуха при высоких температурах, с высоким удель-
ным электросопротивлением и малым температурным
коэффициентом электросопротивления. Они не должны
обладать заметным старением, т. е. изменением элек-
трических свойств во времени.
Наибольшее распространение получили проволочные
и' ленточные нагреватели из хромоникелевых и Хромо-
алюминиевых сплавов, изготовляемые в виде секций.
Проволочные нагревателе выполняют зигзагообразными
(рис. 1-5,а) и спиральными (рис. 1-5,в—д), ленточные—
18
нтх^бразнымн (рве. 1-5,6). Проволочные зигзаго-
образные нагреватели навешивают на стенках и своде
печи на жаропрочных крючках, подовые нагреватели
укладывают свободно на фасонные кирпичи. Спиральные
нагреватели в низкотемпературных печах Подвешивают
на фасонных керамических втулках / (рис. 1-5, в), иа
керамических трубках 2 (рис. 1-5, г) или на полочках
футеровки. В средиетемпературных печах спиральные
нагреватели укладывают также в пддах 3 футеровки
(рис. 1-5, д). Ленточные нагреватели (изготовленные из
ленты или литые) крепят на стенках и своде обычно на
специальных керамических крючках; на поду их уклады-
вают на керамических опорах.
Обычно применяют следующие сплавы для проволоч-
ных и ленточных нагревателей: железохромоалюминие-
вые Х13Ю4 — для низкотемпературны^ печей, ОХ23Ю5А
и ОХ27Ю5А — для печей с температурами до 1000 аС;
железохромоникелевые (нихромы): Х23Н18, Х25Н20—
для печей с температурами до 1050 °C, XL5H60 и
Х15Н80Т — для печей с температурами до-1150°C.
В-табл. 1-1 приведены рекомендуемые температуры на-
гревателей из этих сплавов. В области, ограниченной'
рекомендуемыми температурами, срок службы нагрева-
телей составляет не менее 10 000 ч. Под непрерывным
режимом в табл. 1-1 подразумевается круглосуточная
непрерывная работа (методические печи), под преры-
вистым — работа с включением и отключением печи не-
Таблнца 1-1
Рекомендуемые температуры нагревателе^,
• ‘ - Рекомендуемая температура.
~, Материал нагреватели °C ДЛЯ режима
непрерывного | прерывистого
ХЙ0Н80 и Х20Н80Т 1050 1060
Х15Н60 950 900
Х25Н20, Х23Н18 850 800
Х13Ю4 750 ' 650
ОХ23Ю5А 1050 1000
ОХ27Ю5А 1150 1100
Карборунд 1350 1300
Днсилицид молибдена 1550 1500
П<ри м е к а в и е. Дли металлических нагревателей данные" относятся к
аагревателям с диаметром прояолоки d—4 шмм иля толщиной ленты в—2 мм.
Пр»4*7«ч*10 мм * а—Зим значении температур могут быть увеличены на Б0° С.
Рис. 1-6. Трубчатый электронагре-
ватель (ТЭН).
z^x кристаллической
\ I / магния (перкклг
О
сколько раз в* сутки с существенным остыванием ее в
отключенном состоянии.
В печах с электрокалориферами и соляных ваннах
(нри температурах до 600 °C) часто применяют трубча-
тые электронагреватели (ТЭН). Нагреватель (рис. 1*6)
состоит из металлической трубки 1, по оси которой рас-
положена нихромовая спираль 2, приваренная к вывод-
ным концам 5 нагревате-
ля. Трубка заполнена
“[ окисью
__________________________________ (периклазом) 3.
В концах трубки закреп-
лены выводные изолято-
ры 4. Трубка легко изги-
бается, поэтому ТЭН вы-
пускаются различной фор-
мы (в том числе ребри-
стыми— для электрока-
лориферов).
Для печей с рабочими
температурами выше
1100—1150° С применяют
неметаллические нагрева-
’тели в виде стержней:
карборундовые, ' основу
которых составляет кар-
бид кремния (до 1300—1400°С), и нз днсилицида мо-
либдена (до 1400—1500°C). Рекомендуемые температу-
ры таких нагревателе^ указаны в табл. 1-1. Применяют
Также графитовые и угольные нагреватели (до 2000—
2500°C). Наиболее распространены в высокотемпера-
турных печах нагреватели из молибдена (до 2000 °C в
защитной среде) и вольфрама (до 2500 °C в защитной
среде). ' '
Электрическая мощность, потребляемая нагревателя-
ми, составляет для небольших мощностей единицы кило-
ватт, а для крупных печей может достигать тысячи кило-
ватт и более. Для ориентировки укажем установленные
(номинальные) мощности некоторых видов печей сопро-
тивления: от & до 160 кВт — камерные печи общего на-
* значения; от 25 до 160 кВт — шахтные печи; Т»т 20 до
1 1000 кВт — камерные печи для сушки электротехниче-
ских изделий; от 10 до 150 кВт — барабанные печи; от
90 до 270 кВт — толкательные печи (от 750 до
20
rf slHOO кВт —с камерами охлаждения); от 6 до 800 кВт —
конвейерные печи (до 1400 кВт — с камерами охлаж-
£ ‘Дения). ’
Ьфр Расчет Проволочных и ленточных нагревателей име-
ет целью определить сечение проволоки или ленты, ее
суммарную длину и разместить нагревательные элемен-
ты (секции)- в рабочей камере печи. Рассмотрим упро-
щенный метод расчета нагревателей для печей, в которых
теплопередача осуществляется в основном излучением,
pi т. е. при температуре печи не менее 600—700 °C. При
Кт расчете исходят из заданной номинальной электрической
мощности печн (или мощности зоны — для многозонных
£ печей) РИом (кВт), конечной температуры нагрева изде-
лий /изд (°C) и Площади футеровки печн, на которой
разместятся нагреватели.
Сначала выбирают схему включения нагревателей для
каждой зоны печи. При питании нагревателей от цехо-
вой трехфазной сети 380 В нагреватели можно соединять
в звезду или в треугольник с последовательным или па-
'раллельным соединением нагревательных элементов
(секций), т. е. с одной или несколькими фазоветвямн в
каждой фазе. Возможно и однофазное включение нагре-
вателей на фазное напряжение 220 В. В ряде слу-
чаев нагреватели питаются от специальных пони-
зительных печных трансформаторов или автотран-
сформаторов.
После выбора схемы включения известны: мощность
на фазоветвь Рф (кВт); фазное напряжение С/ф (В). Ис-
ходя из максимальной температуры изделия (°C),
выбирают по табл. 1-1 материал нагревателя и его ре-
комендуемую температуру /наг (°C). Затем с учетом при-
нятой конструкции нагревательных элементов определя-
ют значение допустимой удельной поверхностной мощно-
сти нагревателя №ДдП, которой отвечает срок службы
нагревателя не меньший, чем 10 000 ч. Удельная поверх-
ностная мощность — есть мощность, выделяемая с еди-
ницы поверхности нагревателя (Вт/м2). На рис. 1-7 при-
ведены зависимости допустимой удельной поверхностной
мощности идеального нагревателя №Ид от температуры
изделия /над при различных температурах нагревателя
/наг- Под идеальным подразумевается сплошной нагре-
ватель, окружающий изделие со всех сторон, при допу-
щении, что тепловые потерн через футеровку печи отсут-
ствуют.
21
Рис. 1-7. Кривые удельной поверхностной мощности идеального на-
гревателя.
Реальная допустимая удельная поверхностная мощ-
ность нагревателя й^доп связана с идеальной мощностью
Я^вд зависимостью -
Гяов =- а^ид, (Ы>
где а — поправочный коэффициент, учитывающий тепло-
вые потери мощности в печн.
Рекомендуемые усредненные значения а: для прово-
лочиых спиралей" на полочках или на трубках 0,2—0,3;
£ для проволочных зигзагов 0,6; для ленточных зигзагов
£ 0,4; для ленточных литых зигзагов 0,6.
Определив по формуле (1-1) значения Удов, можно
найти расчетные конструктивные размеры нагревателей.
Для проволочного нагревателя диаметр проволоки d,
£ м, и ее длину на фаэоветйь Аф, м, рассчитывают по фор-
( мулам: ~ •
зА 4/*фР1<
V «Ч^доп’
- I4rf2
10» ’
(1-2)
(1-3)
где р — удельное электрическое сопротивление материа-
ла нагревателя в горячем состоянии, Ом - м.
Для ленточного нагревателя толщину ленты а, м, и ее
длину на фазоветвь £,ф, м, находят по формулам:
3/ РфР-ю6
(1-4)
, _ V^ma
ф РфР-КЯ ’
(Ь5)
где т—Ь/а', b — ширйна ленты, м.
Обычно для ленточных нагревателей m=5-i-15 в со-
ответствии с сортаментом выпускаемой ленты. Наиболее
распространена лента с т—10.
Остальные конструктивные размеры нагревателей
(рнс. 1-8) определяют по рекомендуемым соотношениям:
диаметр спирали проволочного нагревателя D<=
= (4-T-6)d — для хромоалюминиевых сплавов, D=
= (74-10)d— для нихромов; шаг витков спирали t—
e(3-j-5)d; шаг проволочного зигзага <^(5-i-9)d, шаг
ленточного зигзага /^(24-5)6; высота зигзага Н—
23
«=0,15-7-0,3 м — для хромоалюминиевых сплавов, Ц**=
=0,24-0,4 м — для нихромов; радиус закругления зиг-
зага R^d или R= (4-7-5) а. Для температур, на нагре-
вателе до 1000 °C применяют ленту размером не менее
0,001X0,01 м, при более высоких температурах — не ме-
нее 0,002X0,02 м. Для проволочных спиралей минималь-
t
Рис. 1-8. Конструктивные размеры нагревателей.
а —спиральные проволочные нагреватели; б — зигзагообразные проволочные
и ленточные.
ный диаметр проволоки 0,003 м, для проволочных зиг-
загов 0,006 м.
При расчете нагревателей можно исходить также из
имеющегося сортамента проволоки или ленты! Тогда,
зная расчетное сопротивление • фазоветви нагревателя
Я*—йь/Рф и выбирая по сортаменту проволоку иДи лен-
ту, находят длину нагревателя на фазоветвь, м:
или
£ф = ^. (1-7)
₽
Рассчитанный таким образом нагреватель проверяют
на допустимую удельную поверхностную мощность. Оп-
ределяют фактическую удельную поверхностную мощ-
ность нагревателя Wair:
для проволочного нагревателя
^=^1 (И
паЬф < •
24
9
(t-9)
К для лейточного нагревателя
Г 2(в+6)1.ф
с Если полученное значение ТСнаг^Я^юп, то нагреватель
В рыбран правильно. Если й7в«г> №дс>п, то размер сечения
[нагревателя при данной схеме соединения нагревателя
I не подходит. Нужно либо изменить схему соединения,
повышая напряжение ца фазоветвь, либо уменьшить
| мощность фазоветви, чтобы при том же сечении полу-
гчить большую длину, а значит, и площадь4 поверхно-
|„сти нагревателя.
t Пример 1*1. Рассчитать нагреватель для шахтной печи, пред*
Назначенной для отжига стальных изделий и работающей при тем-
пературе 800° С. Мощность печи 66 кВт, напряжение сети 380 В;
Печь трехфазная, рбжим работы близок к непрерывному. Размеры
шахты: диаметр 0,8 м, высота 1,2 м.
Принимаем -включение нагревателей в звезду с одной ветвью иа
. фазу. Фазная мощность печи Рф=66/3=22 кВт; фазное напряжение
<</*=220 В. Выбираем по табл. 1-1 в качестве материала иагревате-
. лей нихром Х15Н60 с рекомендуемой температурой 950° С и удель-
i ным сопротивлением р=1,2-10-в Ом-м. По рис. 1-7 для le»«=800”C
i йаходиы-для идеального нагревателя 1РВЯ=3,7 • 10* Вт/м2. Значение
’ коэффициента эффективности для лентойвого зигзага а=0,4. Тогда
г согласно (1-1) допустимая удельная поверхностная мощность для
выбранного типа нагревателя
Гяоп = 0,4-3,7-10* = 1,48-10* Вт/м*.
Далее расчет ведем по формулам (1-4) н (1-5), принимая для
i ленты значение т= 10.
Толщина ленты
1 / •1 >** v * «у _ in—3
а"=|/ 2;10(10+1).22O’1,481O« “ ’ * “*
Выбираем ленту размерами 1,5X15 мм.
Длина ленты на фазу
22О’.ЮЛ,5’-1О-* .. _
----------------------------------—— «=41,25 м,
L. 22-1,2-НГ*-10я
Нагреватель фазы выполняем в виде одной секции. Размешаем
секции нагревателей трех фаз одну над другой. Принимаем высоту
зигзага Я—0.25 и, расстояние между секциями по 0,1 м. Длина сек-
цйи нагревателя по окружности шахты печи /ф=3,14-0,8—0,1 =2,4 м
f0,8 М—диаметр шахты, 0,1 м — расстояние между выводами),
[лина ленты на шаг зигзага с учетом закруглений: б—2(Я—2/?) +
+2лЯ=2Я+2/Мл—2) — см. рнс. 1-8,6. Принимаем Л=5п=5-1,5Х
4, XW-*=7,5• 10-» м, тогда /1=2 0,25+ 2-7,5-Ю-э(З.Г4—2) «0,52 м.
5- Число зигзагов иа фазу л=1ф//«=41,25: 0,52 «79. Шаг зигзага 1=
:г =/*/п=2,4 :79=0,03 м, т. е. 1=26, что приемлемо.
25
Электрооборудование установок печей сопротивле-
ния. Электролечная установка сопротивления имеет
следующие основные элементы: а) собственно электро-
печь; б) вспомогательные механизмы печи с электрояри-
водой (или с гидро- и пневмоприводом).-обеспечиваю-
щие загрузку выгрузку нагреваемых изделий в мяте-
3^3808 З'-ЗвОВ
Рве. 1-9. Поясняющие электрические схемы установок печей сопро-
тивления: однозоииых (а, о, <?), двухзонной (в), трехэоннОй (г),
ЭПС — электропечь сопротивления; ШУ, ЩУ1, ЩУЗ—щиты управления; ТрП—
печной трансформатор или автотрансформатор; ЩСУ — щит стенций управле-
ния; ШВ— шкаф станции ввода; ШУ — шкаф управления; Т, TI, ТЗ, ГЛ —дат-
чики температуры; Д, Д1, ДЗ, ДУ — двигатели вспомогательных амхаинэыов.
Схемы в, г, О могут иметь элемент ТрП.-
риалов или перемещение их в рабочем пространстве
печи, подачу в печь воздуха или газа; в) комплектующее
электрооборудование — трансформатор или автотранс-
форматор' для согласования напряжения питающей сети
с напряжением на нагревателях, а в некоторых установ-
ках н для регулирования напряжения на нагревателях;
щиты, пульты, станции управления для включения и от-
ключения печи, автоматического регулирования темпе-
ратуры, управления приводами и системой подачи газа
в печь с защитной или специальной атмосферой, либо
26
Г вакуумное системой вакуумных печей; г) датчики систем
Намеренна и автоматического регулирования температу-
ры печи, а также измерения и контроля вакуума или
V давления газа и других параметров.
[ Поясняющие принципиальные электрические схемы
I печных установок приведены иа рис. 1-9. .
р Основным родом тока для питания печей сопротив-*
I ления служат трех- или однофазный переменный ток ча-
стотой 50 Гц, а основное напряжение 380 В (в перспек-
I тиве 660 В).
к Для электроприводов вспомогательных механизмов
печей обычно используются асинхронные двигатели с ко-
роткозамкнутым ротором. Для механизмов, требующих
I регулирования скорости, применяют двигатели постояв-
I кого тока с питанием от магнитных усилителей или тй-
ристорных преобразователей. Мощности двигателей вспо-
могательных механизмов печей серийного изготовления
'находятся в пределах 0,6—10 кВт.
Печные трансформаторы и автотрансформаторы ис-
К пользуют при напряжении нагревательных элементов,
‘ отличающемся от напряжения питающей сети, или при
К необходимости регулирования напряжения на иагрева-
К телях, т. е. „мощности, подводимой к нагревателям. Во
Ж многих случаях для печей с металлическими иагреватель-
ними элементами-применение понижающих трансфйрма-
I* торов (автотрансформаторов) экономически выгодно, так
к как позволяет выбрать нагревательные элементы, име-
Кующие больший срок службы за счет увеличенного сече-
г ния проволоки (Ленты). Трансформаторы (автотранс-
Е форматоры) применяют, как правило, также для печей
Г с нагревательными элементами из дисилицнда мо-
г либдена или карборунда, сопротивление которых
В существенно изменяется с их разогревом, и для со-
ляных ванн.
Регулирование вторичного напряжения Us печных
I трансформаторов (автотрансформаторов) осуществляет-
ся ступенями. Предусматривается несколько ступеней
причем регулирование производят без нагрузки измене-
Г- ннем коэффициента трансформации. Для этого изменяют
числа витков секционированной первичной обмотки пе-
I" рестановкой перемычек или специальным переклю-,
й; чателем; у некоторых типов трансформаторов до-
V полнителыю переключают схему секционированной
| вторичной обмотки."
27
Трансформаторы и автотрансформаторы для детей
сопротивления, как правило, имеют естественное воздуш-
ное охлаждение («сухие») и устанавливаются непосред-
ственнсг в производственных помещениях поблизости от
печей.
Однофазные печные трансформаторы серин ТПО из-
готовляются иа мощности 1,6—10 кВ»Л с первичным
напряжением 220 В (на максимальные вторичные напря-
жения USmax ж 20-1-80 В, с четырьмя ступенями, при этом
^2mf4«0,65t/2ma*) и иа мощности 25—250 кВ» А с первич-
ным напряжением 380 В (на напряжения 40-i-
— 160 В, с восемью ступенями, Uimin f&0,3U2„ax).
Трехфазные печные Трансформаторы серин ТПТ
рассчитаны на первичное напряжение 380 В. При мощ-
ностях 16—25 кВ»А они имеют 16 ступеней трансформа-
ции (4 ступени первичной и дополнительно 4 ступени
'вторичной обмоток). По ступеням вторичной обмотки
напряжение l/г изменяется в 8 раз (1/8твх«70 В на пер-
вой ступени первичной обмотки) и за счет ступеней пер-
вичной обмотки —еще в 1,7 раза. Трансформаторы мощ-
ностью 40—250 кВ-А изготовляются с восемью ступеня-
ми напряжения U2. При l/2ma*«270 В напряжение иа
последней ступени составляет 0,36{/3me*. Кроме того, вто-
ричная обмотка может переключаться со звезды на тре-
угольник.
Печные трехфазные автотрансформаторы серии АПТ
мощностью 6—25 кВ-А с первичным напряжением 380 В
и 16 ступенями трансформации позволяют регулировать
напряжение 1/8 в пределах от 250 до 40—50 В.
Применяются также трансформаторы и автотранс- -
форматоры других серий, в том числе и трансформаторы
с плавным регулированием вторичного напряжения (с
подвижной вторичной обмоткой). ' .
Щиты и станции управления. В установках печей
сопротивления широко применяют комплектные электро-
технические устройства. В этих устройствах устанавлива-
ются все электрические аппараты и приборы, обеспечива-
ющие включение печей и их работу в соответствии с тре-
бованиями технологического процесса. Конструктивно
комплектные устройства оформлены в виде щитов, стан-
ций, блоков и пультов управления и размещаются вбли-
зи печей.
Щит управления (рис. 1-10) представляет собой
шкаф / с коммутационной н контрольио-регулирующей
28
аппаратурой для дистанционного включения нагревате-
лей -и электроприводов одного-двух вспомогательных ме-
ханизмов, контроля и регулирования температуры одно-
зонной пета илиодной тепловой зоны многозонной печи
(см; схемы на рис. 1-9,а—в). Силовая часть щита содер-
жит автоматический выключатель 9 для защиты нагре-
вателей я печных трансформаторов нлн автотрансформа-
Рис. 1-10. Щит управления типа ИЗРП.
торов от коротких замыканий и возможных перегрузок
и контактор 10 для оперативного включения и отключе-
ния нагревателей. В эту же часть входят автоматические
выключатели и контакторы электроприводов. К конт-
трольно-регулирующей части щита относятся: прибор те-
плового контроля (ПТК) 3, промежуточное реле 6, пе-
реключатель 8 для выбора режима работы нагревате-
лей (автоматического или ручного), автоматический вы-
ключатель 7 для защиты цепей управления, а также эле-
ктроизмерительные приборы 2, 4 и сигнальные
лампы 5.
Наибольшее распространение получили щиты управ-
ления типов ИЗР н'ЙЗРП. В условном обозначении щи-
29
тов буква И указывает на измерение температуры, буква
3 означает наличие прибора записи температуры (првего
отсутствии буквы 3 в обозначении нет), буква Р отражает
применение регулирования температуры, буква П ста-
вится при наличии приборов контроля тока я напрвке-
ния. Следующие^» буквами три цифры означают: первая
(2) — двухпозиционное регулирование; вторая (1—8) —
"помер модификации по типу ПТК; третья (1—4) —ис-
полнение щита по значению тока в силовой цепи. Следу-
ющие за цифрами буквы обозначают варианты Hajojree-
ния щита: Э — с аппаратурой для включения нереверсив-
ного двигателя; Р — то же для реверсивного двигв^)ля;
Д—то же для двух двигателей—реверсивного и нере-
версивного; Г—с аппаратурой для работы печи с Газо-
вой атмосферой. Щиты могут иметь исполнение вариан-
тов Э, Р, Д в сочетании с вариантом Г. •
В установках крупных печей с большим числом* ton
используют комплектные станции управления, в котсфых
размещается только коммутационная аппаратура для
включения нагревателей (иа две или три зоны), Аппа-
ратура станции управления может быть смонтирована на
открытых панелях или в шкафах. Несколько станций об-
радуют общий узел, называемый щитом станций управ-
ления. Дополнительно устанавливают (на панели Или в
шкафу) общую станцию ввода с автоматическим выклю-
чателем и измерительными приборами. Вся коцтрфл^но-
регулирующая аппаратура и аппараты включения и уп-
равление электроприводов размещаются в этих случаях
в отдельном щите управления (см. схему иа рис. 1-9,е).
При большом числе электроприводов вся аппаратура уп-
равления ими размещается в так называемых пультах
управления.
Станции ввода применяют иногда и для установок с
несколькими щитами управления (см. схему иа рис. 1-9,в).
На рис. 1-9,д показана схема установки, в которой аппа-
ратура управления вспомогательным регулируемым
электроприводом постоянного тока помещена в отдель-
ном шкафу ШУ.
Электрические схемы установок печей сопротивления.
Благодаря применению в установках электропечей со-
противления комплектных щитов и станций управления
принципиальные электрические схемы установок различ-
ных печей состоят из повторяющихся типовых узлов и
отличаются друг от друга главным образом в той части,
которая относится к управлению электроприводами
вспомогательных механизмов.
• В качестве примера рассмотрим упрощенную прин-
ципиальную электрическую схему установки одноэон-
ной камерной печи (рнс. 1-11). Нагреватели печи ЭПС
получакп питание через автотрансформатор Л Г от сети
Рис. 1-11. Электрическая схема установки печи сопротивления.
380 В. Включение и отключение нагревателей произво-
дится контактором КЛ. Силовые цепи защищены авто*
магическим выключателем ВА1.
Реверсивный асинхронный двигатель с короткозамк-
нутым ротором Д для механизма подъема н опускания
дверцы печн включается контакторами КП (подъем) и
КО (опускание). В отключенном состоянии двигатель Д
затормаживается механическим тормозом, снабженным
электромагнитом ЭмТ. Автоматический выключатель
ВА2 служит для защиты двигателя Д и его цепи управ-
ления, Конечные выключатели ВКП и ВКО контролируют
верхнее и нижнее положения дверцы: размыкающий кон-
31
такт ВКП открывается в верхней положении, размыка-
ющий контакт В КО—в нижнем. ^правление приводом
дверцы г—ручное дистанционное,- при помощи кнопок
КнЙ (подъем}, КнО (опускание), КнС (стоп).
Схема цепей управления и сигнализации питается на-
пряжением 220 В и содержит: автоматический выключа-
тель. ВАЗ; прибор теплового контроля ПТК (с датчиком
температуры печи ДТ); .катушки контактора КЛ и про-
межуточного реле РП; сигнальные лампы ЛЗ (зелеПая),
ЛК (красная) и ЛЖ (желтая). Схема обеспечивает руч-
ное дистанционное и автоматическое управление тепло-
вым процессом печн. Выбор вида управления осуществля-
ется универсальным переключателем УП на три положе-
ния. '
При нейтральном положении 0 рукоятки УП нагрева-
тели печи отключены, горит лампа ЛЗ.
При ручном управлении рукоятка УП становится в
положение Р, включается реле РП и своим контактом
замыкает цепь катушки контактора КЛ- Контактор вклю- •
чается, подавая питание на нагреватели, лампа ЛЗ Гас-
нет, лампа- ЛК загорается. Очевидно, что включение кон- «
тактора КЛ возможно только при закрытой (опущенной)'
дверце печи. Такая блокировка осуществлена замыка- <
Ющим контактом конечного выключателя В КО В режи-
ме ручного управления прибор теплового контроля ПТК
не оказывает влияния на ход теплового процесса. Он
-лишь дает оператору информацию о температуре печи.
При автоматическом управлении рукоятка УП ста-
вится в положение А. Теперь сигнал на включение и от-
ключение реле РП, а следовательно, и иа включение-н
отключение нагревателей выдается прибором ПТК. Реле
РП включается, если замкнут контакт Мин этого прибора,
и. отключается при размыкании контакта Мин (подроб-
нее о работе ПТК см. ниже). Если температура Печи по
каким-то причинам превысит максимально допустимую,
замкнется контакт Макс ПТК и загорится лампа ЛЖ,
привлекая внимание обслуживающего персонала.
Для печей, работающих с газовой атмосферой, в схе-
му цепей управления вводятся дополнительные узлы,
обеспечивающие управление аппаратурой газовой атмос-
феры и сигнализацию о ее работе (световую и звуковую).
Автоматическое регулирование печей сопротивления.
Механизация и автоматизация работы термических
электропечей, повышение их производительности осуще-
82
Гй^ляются по трем осйорным напрявлеййям: 1) механи-
зация загрузки и выгрузки печей; 2) автоматическое уп-
правление вспомогательными механизмами печи; 3) ав-
F тематическое регулирование теплового режима печи,
к Регулирование температуры печи Достигается сту-
пенчатым нлк_плавным изменением электрической мощ-
ности, подводимой к печи. При ступенчатом~регулирова-
нии используют: переключение нагревателей в трехфаз*
' 2 3
Рис. 1-12. Графики изменения температуры печи во времени.
I .4» \
пых печах с треугольника на звезду о уменьшением
мощности В 3 раза; применение регулировочного транс-
форматора (автотрансформатора); периодическое вклю-
чение и отключение нагревателей — двухпозиционное ре-
I \ лирование. Последний способ стал самым распростра-
ненным как наиболее простой и в то же время позволя-
вший автоматизировать процесс регулирования.- При
и | |ином (непрерывном) регулировании мощности ис-
। 'лыуют тиристорные регуляторы напряжения—управ-
1Я«мые источники питания нагревателей печи. Их при-
менение дает очень высокое качество автоматического
рсгудврования.
Основная задача устройства автоматического регу-
нАмкия температуры печи t состоит в обеспечении
ыинКого температурного режима нагрева во времени т-
U «ответствий с технологическим процессом требования
К' .ipafcrepy режима -и точности его выполнения могут из-
йЯГяться в широких пределах. В одних случаях нужно
ишь йагреть изделие (рис. 1-12, а), в других за нагре-
мм (прямая /) следует режим выдержки (прямая 2)
охлаждения (прямая 3, рис. 1-12,6), в третьих необхо-
Дмо программное регулирование, т. е. изменение темпе-
|1«гуры печи по заранее заданному закону4^рис. 1-12,В)\
I
Рир, 1-13. Электрическая схема
прдбора теплового контроля.
Устройство автоматического регулирования (регуля-
тор) температуры состоит -из датчика действительной
температуры печи (ДТ), задатчика требуемой темпе-
ратуры (ЗТ). измерительной части (ИЧ), регулирующего
(РЭ) и исполнительного (ЙЭ) элементов. В регуляторах
общего назначения, осуществляющих двухпозиционное
регулирование, функции ЗТ, ИЧ и РЭ совмещены в одном
приборе теплового кон-
троля (ПТК). Испол-
нительным элементом
регулятора является
контактор включения
нагревателей. -Датчи-
ком температуры чаще
всего служит термо-
электрический термо-
метр (термопара), на-
пример, типов ТХК для
температур до 600° С,
ТХА до 1000* С, ТПР
до 1600° С.
На рис. 1-13, а изо-
бражена упрощенная
электрическая схема
одного из наиболее
распространенных ти-
пов ПТК. Его измери-
тельная часть построе-
на на принципе ком-
пенсационного метода
измерения ЭДС малой
величины, возникающей иа выходе датчика ДТ, термо-
электродная часть которого (собственно термопара) вве-
дена в рабочее пространство печи. Электродвижущая сн-
ЛД.датчика температуры еД1Т, пропорциональная темпера-
туре.печи, включена последовательно со Входом элек-
тронного усилителя ЭУ в диагональ моста. Два. плеча
моста образованы постоянными резисторами R3 и
третье плечо состоит, из постоянного резистора RJ и,?мм
сти 1—2 потенциометра R, четвертое плечо—из. постоя#*,
ного резистора R2 н остальной части 2—3 потенциометра
R. В другую диагональ моста включен источник стабили-
зированного напряжения 1/ст.
И '
£ -л-Так как сопротивления W— R4 неизменны, то нап-
' сражение ие на диагонали моста между точками 2 и 4
однозначно определяется положением ползунка потенцио-
метра R. Поэтому всегда можно найти такое положение
ползунка R, при котором напряжение на входе ЭУ и,х*=*
*=им—ед>т“0 (режим полной компенсации). В рассмат-
риваемом ПТК компенсация осуществляется автомати-
чески. Для этого на выход ЭУ (который имеет очень
высокий коэффициент усиления — до 100 000 и более)
. подключен маломощный реверсивный электродвигатель
Д. При Ubz^O двигатель перемещает через передаточ-
ный механизм ПМ ползунок потенциометра R в ту или
Другую сторону в зависимости от знака иах до положения
полной компенсации. В этом положении двигатель оста-
навливается. С ползунком потенциометра R механически
связаны указатель температуры У, перемещающиеся
вдоль шкалы, градуированной в градусах Цельсия (°C),
а также перо, записывающее эту температуру на бумаж-
ную ленту. Лента перемещается с постоянной скоростью
с помощью лентопротяжного механизма, приводимо-
го в движение отдельным синхронным двигате-
лем. •
В описанном исполнении ПТК используется только для
' показания и регистрации температуры. Для обеспечения
работы ПТК как автоматического регулятора в нем уста-
навливаются дополнительные устройства.
При двухпозиционном регулировании в ПТК устанав-
ливается задающий элемент (ЗТ) — указатель УЗ задан-
ной температуры /уст (температуры уставки), на котором
укреплен контактный узел с размыкающим контактом
Мин (рис. 1-13,а). Этот контакт будет замкнут до тех
пор, пока действительная температура печи t остается
меньше tfn. При /==/уст упоц, закрепленный на указате-
ле У, воздействует иа контактный узел указателя УЗ,
контакт Мин размыкается и при /ст сохраняет разомк-
нутое состояние. Контакт Мин вместе с упором на указа-
теле У образуют регулирующий элемент (РЭ). Размыка-
ние контакта Мин приводит к отключению нагревателей
печи (как было показано при описании работы схемы
на рис. 1-11). После того как температура печи снизится
до упор иа указателе У вернет контакт Мин в
замкнутое состояние, нагреватели печи вновь будут вКлю-
- лены. ,
3* 55
Аналогичным контактным узлом, но с замыкающим
контактом Макс, снабжен дополнительный указатель пре-
дельно-допустимой температуры УП. Контакт Matte
замкнется, если указатель У достигнет положения ука-
зателя УП, В схеме управления иечи (см. рис. 1-11)
загорится сигнальная лампа ЛЖ. ' ''
' Процесс работы регулятора иллюстрирует график яа
рис. 1-14. Включение печи происходит в момент времени
Рис. 1-14. Процесс двухпозициоиного регулирования температуры.
т=»0. При этом рабочее пространство пёчи имело темпе-
ратуру /Вач, с которой начинается нагрев. Так Как кон-
тактный узел ПТК обладает зоной нечувствительности
фактическое размыкание контакта Мин и отключе-
ние нагревателейпечи совершается не при а при
несколько более высокой температуре /ТСт+б/ в точке /,
Далее температура постепенно снижается до значения
/ус»—6Л когда в точке 2 замкнется контакт Мин. Вновь
включаются нагреватели, температура опять будет расти
и т.д. Таким образом, блдгодарядействию автоматиче-
ского регулятора фактическая температура колеблется
около ее среднего значения tcP, которое в первом прибли-
жении равно /уст. Очевидно, что чем меньше зона нечувст-
вительности регулятора ±6/, тем меньшими будут и
мгновенные отклонения температуры от значения /ус».
Вместо контактных задающего (ЗЭ) и регулирующего
(РЭ) элементов можно применить потенциометрический
элемент (ПЭ) с двумя потенциометрами R1 и R2 (см. рйс.
1-13,6). Потенциометр R1—задающий, питается стаби-
лизированным напряжением постоянного тока. Его пол-
зунок механически связан с указателем УЗ, а ползунок
16
Лшотвицнометра jRP—t указателем -У. Напряжения на
#/~нЯ2 пропорциональны температурам: изад****^* и
Шфакт^я^ Следовательно, разность напряжений «рег=
,Ур?и8йд — Нф*кт пропорциональна разности температур
Д/==5/устг—/. При двухпозиционном регулировании на на-
пряжение Прет через диод Д1 подключаются два мало-
мощных реле Р1 с контактами Мин и Макс. Работаав-
томатического регулятора принципиально протекает так
же, как и при использовании контактного варианта эле-
ментов ЗЭ и РЭ. Зона нечувствительности ±6/ в дан-
ном случае определяется коэффициентом возврата реле
fPl.
Двухпозиционные регуляторы обеспечивают точность
- Поддержания заданной температуры ие ниже ±1% по
, среднему значению tyBT.
7
При непрерывном регулировании используется ПТК с потенцио-
метрическим элементом ПЭ, а вместо контактора в качестве испол-
нительного элемента устройства автоматического регулирования
температуры применяется тиристорный регулятор напряжения (од-
нофазный типа РНТО или трехфазный'тнпа РНТТ).
, Принципиальная схема устройства непрерывного автоматиче-
ского регулирования температуры печи показана на рис. 1-15. Трех-
фазиый тиристорный регулятор напряжения ТРН состоит из шести
тиристоров, включенных по два встречно-параллельно в каждую фа-
зу печи, и блока .управления тиристорами БУТ. Напряжение иа вхо-
де блока БУТ равно выходному (регулирующему) напряжению upar
элемента ПЭ. В свою очередь, действующее значение напряжения на
выходе ТРН, т. е. на нагревателях печи, Может Плавно изменяться
от О до 380 В при изменении сигнала uper от 0 до некоторого зна-
чения Uper, mox. Ранее было показано, что напряжение ирег пропор-
ционально разности заданной и фактической температуры печи
“Gct—Л Чем большей будет эта разность, уем больше окажется
напряжение на нагревателях и выделяемая ими мощность, следова-
тельно, тем выше становится t, стремясь к значению, лишь немного
отличающемуся от <»ет.
В первом приближении можно принять, что температура t про-
порциональна Uper, т. е.
/ = fti Ирег, (1-1Q)
где 61— коэффициент пропорциональности, зависящий в первую оче-
редь от коэффициента усиления ТРН.
С другой стороны,
Ирег = 6> (Т jCT —/), (1*11)
гдрЛа — коэффициент передачи ПТК.
Из выражений (1-10) и (1-11) получим:
(|J2)
Таким образом, при достаточно большом 43 температура
Применение тиристорных регуляторов для промышленных Злек*
тропечей становится все более широким. Однако в каждом конкрет-
ном случае оно должно быть обосновано технико-экономическим рас-
четом. Отметим также, что ПТК с потенциометрическим элементом
(ПЭ) используются и при программном управлении, т. е. когда за-
дается Сложный закон изменения температуры печя (например, по
графику на вис. 1-12, в). В этих случаях сягиал задания по-
ступает вЛТК от программного устройства.
3~ЗВ0в
РИС. 1-1 Б. Электрическая схема непрерывного регулирования темпе-
ратуры печи сопротивления.
Рассмотренный принципы устройства и действия
ПТК для позиционного и непрерывного регулирования
реализованы, в частности, в выпускаемых промышлен-
ностью модификациях приборов серии КСП. Эти прибо-
ры общего назначения часто называют автоматическими
регулирующими. кадтецсаторамИ; т
Автоматический регулятор” теМпёратуры и печь, как
объект регулирования, представляют собой замкнутую
систему .автоматического регулирования с обратней
связью по температуре печи. При двухпозиционном (ре-
лейном) регулировании такую систему называют релей-
ирй, а при непрерывном регулировании — непрерывной '
системой. я
33-
Установи прямого нагрева. Электротермические уст-
ройства прямого нагрева применяются, в частности, для
нагрева заготовок при ковке и штамповке.-Они обеспе-
чивают быстрый и равномерный нагрев до 1100—1200° С.
но потребляют очень большие токй (сотни и тысячи ам-
пер) при относительно малых напряженйях (5—20 В). -
Устройство прямого нагрева питается от однофазного
Рис. 1-16. Схема установки прямого нагрева.
печного трансформатора ТрП (рис. 1-16). Нагреваемая
заготовка 3 зажимается в контактных головках /,к ко-
. торыЫ через токосъемники 4 и токоведущие трубошины
2 подведено напряжение вторичной обмотки трансфор-
матора.
Установки инфракрасного нагрева. В этих установ-
ках нагрев производится в сушильной камере при по-
мощи специальных электроламп или трубчатых нагре-
вательных элементов (ТЭН), которые испускают в ос-
новном инфракрасные лучн. В электромашиностроении
такие установки применяют для сушки лакокрасочных
покрытий и изоляции обмоток электрических машин
после пропитки. Этот способ нагрева дает ускорение
процесса сушки обмоток за счет проникновения в об-
мотки тепла также от металлических частей, прогревае-
мых инфракрасными лучами.
1-3. УСТАНОВКИ ДУГОВЫХ ПЕЧЕЙ
. ’ Конструктивное исполнение дуговых печей. Упро-
щенные схемы конструкций двух основных разновидно-
стей дуговых печей прямого и косвенного нагрева по-
казаны на рис. 1-17 и 1-18.
Печь прямого нагрева (рис. 1-17) — трехфазная; ее
основное ‘назначение — выплавка стали, в первую оче-
39
редь высоколегированных сортов, из металлического
лома (скрапа). Сварной металлический кожух 1 пеШм
состоит из днища, обычно сфероконической формы, <
стенки, выполняемой в виде цилиндра или комбинации
РвЬ Ы7. Схема дуговой печи прямого нагрева.
цилцндра и усеченного конуса. Верхняя часть кожуха
усилена кольцом жесткости 4 (например, из швеллера). '
Внутри кожух имеет футеровку 3, которая образована
слоем теплоизоляции и слоем кирпичной огнеупорной
кладки. На под печи дополнительно укладывается не-
проницаемый для расплавленного металла 15 набивной
40. -
яой из6 смеси огнеупорного порошка с жидким стеклом
лй смолой. СлиВ металла производится через выпуск»
be Отверстие и желоб 2. На противоположной желобу
тороне находится рабочее окно’ 14, закрываемое двер-
ей. Рабочее окно предназначено для наблюдений за
Рис. 1-18. Схема дуговой печи косвенного нагрева.
^процессом плавки и выполнения необходимых операций
в ходе плавки. Свод б печи служив для предотвращения
утечки газов и тепла. Он выложен из огнеупорных кир-
пичей и крепится в сводовом кольце 5 из швеллера или
^корытообразного сварного профиля. Электроды 7 —»
угольные или графитированные стержни большого се-
чения — проходят вертикально через отверстия в своде
В укреплены в электрододержателях 8, к которым под-
водится ток гибкими кабелями. Благодаря экранирую-
щему действий) электродов свод печи частично защищен
От непосредственного излучения дуги. Это н дает воз-
можность проводить процессы плавки стали, требующие
высоких рабочих температур (1600° С и выше).
<- Каждый электрододержатель укреплен на трубе или
«оробчатой балке, соединенной с кареткой 10, которая
«
может перемещаться в вертикальном направлении Йо
стойке 9 при помощи механизма перемещения электро-
да с электро- или гидроприводом. Три стойки 9 установ-
лены на площадке 11, к которой на цепях /2тюдвеп1ено
сводовое кольцо 5. Свод может подниматься, для чего
имеется механизм, воздействующий на цепи 12 и снаб-
женный обычно электроприводом. Площадка 11 в свою
очередь установлена ha опорной стойке 13 (конструк-
тивно узел 11—13 выполняется иначе, например в виде
полупортала). Для наклона печи иа угол 45° при сливе
металла предназначен механизм' наклона. Этот меха-
низм конструктивно может быть выполнен по-разному.
В наиболее распространенном варианте кожух 1 и узел
//—13 установлены йа платформе люльке /б, снаб-
женной двумя опорными сегментами 17, перекатываю-
щимися по роликам 18 или по плоским балкам. Наклон
люльки осуществляется реечным или винтовым устрой-
ством с электроприводом или с прмощью гидропривода.
Механизм обеспечивает также наклон печи на 10—15я
Я сторону рабочего окна для скачивания шлака в про-
цессе плавки.
Разновидности конструкций печей определяются, в
частности, способом ЗЙгрузки в них подготовленного
для загрузки материала — шихты. Способ загрузки ч£-
рез рабочее окно используется в настоящее время лишь
для малых печей с ручной загрузкой. Наиболее распро-
странены печн с механизированной загрузкой сверху
посредством специальной корзины 19 (рис. 1-17), пере-
мещаемой мостовым крйном. Корзина снабжена раскры-
вающимся дном..
ДЛя загрузки сверху большинство печей имеет пово-
ротный свод (печи серии ДСП). Перед загрузкой свод
приподнимается на цепях и вместе с площадкой 11 и
стойками 9 с помощью механизма поворота свода с
электро- или гидроприводом отводится в сторону слива
на угол 80—100°, открывая печь. Предварительно под-
нимают все электроды. Применяются также печи с вы-
катывающейся ванной, в которых после подъема свбда
кожух, установленный на тележке, выкатывается под
загрузку.
- ' Печи с номинальной емкостью1 12 т и более могут
* Емкость печи — количество металла, которое печь выдает за
плавку, т. е. которое единовременно можно разместить в плавиль-
ном пространстве печи.
42
иметь механизм вращения ванны в пределах угла =£40°
вокруг вертикальной осн. Механизм снабжен обычно
электроприводом.
R, Дуговые сталеплавильные печи емкостью до 10 т.
применяют в литейных цехах предприятий при произ-
водстве фасонного стального литья. В ряде случаев для
Этой цели используют и более крупные печи.
Печь косвенного нагрева (рис. 1-18) выполняется
однофазной и служит для плавки металлов с температу-
рой плавления не выше 1300—1400s С. В основном такие
мечи применяют с целью переплава цветных металлов' и
сплавов, а также чугуна для фасонного литья в неболь-
ших литейных цехах. В печи косвенного нагрева очаг
высокой температуры (дуга) находится на некотором
расстоянии от поверхности металла, поэтому угар н ис-
парение металла намного меньше, чем в печах прямого
Дугового нагрева. Кожух печи 1 с футеровкой 2 из теп-
лоизоляционного и огнеупорного слоев имеет бочкооб-
разную (как на рисунке) или цилиндрическую форму,
расположен горизонтально и уложен опоясывающими
jero ободьями 5 на четыре роликовые опоры 3. В сред-
ней части кожуха расположено рабочее окно, обрамлен-
ное литой рамой 11 и служащее для загрузки печи и
слива металла. В нижней части рама образует носок 13
для слива. Окно имеет дверцу. 12, футерованную с внут-
ренней стороны.
Графитированные электроды 9, между которыми го-
рит дуга, расположены по оси печи и проходят через
отверстия в торцах кожуха. Электроды зажаты в элект-
рододержателях 10, к которым подводится ток гибкими
кабелями., Электрододерж’атели установлены на карет-
ках, которые могут двигаться по направляющимГконсо-
лей 6, прикрепленных к кожуху. Подача электродов •
осуществляется с помощью двух механизмов перемеще-
ния 8 вручную или электродвигателем 7 (в схеме на ри-
сунке правый электрод перемещается только вручную)..
Печь после расплавления части шихты работает с не-
прерывным качанием иа опорных роликах 3, одна пара
которых имеет привод от реверсивного, двигателя 4. Ка-
чания печи необходимы в первую очередь для более
равномерного нагрева футеровки печи, что повышает
срок ее службы. Благодаря качаниям печи нагретые
прямым излучением дуги части футеровки периодически
омываются и охлаждаются расплавленным металлом.
43
более холодным, чем футеровка. Одновременно ^лучс
шается качество металла за счет его перемешивания.
Дуговые печи с косвенным нагревом имеют емкость
не более 500 кг (например, печь типа ДМБ-0,5 —г меде*
плавильная барабанная емкостью 0,5 т).
Электрооборудование установок дуговых, печей. Ус-
тановка дуговой печи включает в свой состав, кроме
собственно печи и ее механизмов с электро- или гидро-
приводом, также комплектующее электрооборудование:
речной трансформатор; токопроводы от трансформатора
к электродам печи — так называемую короткую сеть;
распределительное устройство (РУ) на стороне высшего
напряжения трансформатора с печными выключателя-
мн; регулятор мощности; щиты и пульты, управления,
контроля и сигнализации; программирующее устройство
для управления режимом работы печи и др.
. Установки дуговых печей — крупные потребителя
электроэнергии; их единичные мощности измеряются
тысячами я десятками-тысяч киловатт. Расход электро-
энергии на расплавление тонны твердой завалки дости-
гает 400—600 кВт-ч. Поэтому питание печей-произво-
дится от сетей 6, 10 и 35 кВ через понизительные печные
трансформаторы (максимальные значения вторичного
линейного напряжения трансформаторов лежат обычно
в пределах до 320. В у печей малой и средней емкости
я до 510 В у крупных .печей). В этой связи для устано-
вок печей характерно, наличие специальной печной под-
станции с -трансформатором, и РУ; в новых установках
применяются шкафы комплектных распределительных
устройств (КРУ), выполненных по унифицированным
схемам.. Печные подстанции располагают в непосредст-
венной близости от печей. Щиты и пульты управления
для установок ДСП емкостью до 12 т и ДМБ размеща-
ют в пределах печной подстанции с обслуживанием
пультов из-цеха (с рабочей площадки). Для более круп-
ных печей могут предусматриваться .отдельные дульто-
вде помещения с удобным-обзором рабочих окон печей.
; В электроприводах механизмов печи применяют
обычно^асинхронные двигатели с короткозамкнутым ро-
тором напряжением 380 В на мощности от 1—2 кВт в
небольших печах до 20—30 кВт-в более крупных -печах.
Двигатели приводов перемещения электродов — посто-
янного тока с питанием от электромашинных или маг-
нитных усилителей, а также от тиристорных преобразо-
Н-
«агседей. Эти приводы входят 'в состав самостоятельного
Вагрегата — регулятора мощности печи.
F- В печах емкостью более 20 т с целые увеличения
h производительности и облегчения труда сталеваров пре-
дусматриваются устройства для перемешивания жидкой
Ьванны металла, основанные на принципе бегущего маг*
ннтного поля. Под днищем печн из немагнитного мате-
К риала размещается статор с двумя обмотками, токи
| которых сдвинуты по фазе на 90°. Создаваемое статор-
Сними обмотками бегущее поле приводит в движение
РГслои металла. При переключении обмоток возможно из*
-Менение направления движения металла. Частота тока
в статоре перемешивающего устройства от 0,3до 1,1 Гц.
К. Питание устройства* производится от электромашинного
к преобразователя частоты. -
№ Двигатели, обслуживающие механизмы дуговых пе-
t чей, работают в тяжелых условиях (пыльйая среда,
у близкое расположение сильно нагретых конструкций пе-
| чи), поэтому они имеют закрытое исполнение с
К. теплостойкой изоляцией (краново-металлургических
серий).
< . Лечные трансформаторные агрегаты. В установках
дуговых печей используются специально предназиачен-
:: ные для них трехфазиые масляные трансформаторы.
: • Мощность печного трансформатора является после ем-
кости вторым важнейшим параметром дуговой печи я
определяет длительность расплавления металла, что в
F значительной степени сказывается на производительно-
сти печи. Полное время плавки стали в дуговой печи
составляет до 1-*т1,5 ч для печей емкостью до 10 Г и до
f 2,5 ч для печей емкостью до 40 т. Новые установки пе-
.. чей комплектуются печными трансформаторными агре-
•/ гатами повышенной мощности типов ЭТМПК,
ЭТЦПКидр.
. В обозначении типа трансформаторного агрегата:
Э — электрОпечной; Т •=— трехфазный; М — естественное
маеляное охлаждение; Ц— масляно-воздушное .охлаж-
дение; П или Н — Переключающее устройство ПБВ
’ (переключение без возбуждения, т^е._ без ‘нагрузки) или
РПН (регулирование под нагрузкой); К—комплектный
(агрегат, состоящий из трансформатора и реактора).
При этом, например, для печей типа ДС-0,5А мощность
трансформатора составляет 630 кВ-А, типа ДС-ЗМ2-~
2000.кВ-A, типа ДСП-12Н-—8000 кВ-A (о возмдж-
45
1
ностью перегрузки на 20% на время расплавления), для
печи типа ДМ БД5 — 400 кВ -А. . г
Напряжение на печи в ходе плавки требуется изме-
нять в довольно широких пределах. На первом этапе
плавки, когда происходит расплавление скрапа, в печь
должна вводиться максимальная мощность, чтобы уско-
рить этот процесс. Но при колодной шихте дуга неустой-
чива. Поэтому для увеличения мощности необходимо
повышать напряжение. Продолжительность этапа рас-
плавления составляет 50% и более от общего времени
плавки, при этом потребляется 60—80% электроэнергии.
На втором и третьем этапах—При окислении и рафини-
ровании жидкого металла (удалении вредных примесей
и выжигании лишнего углерода) дуга горит‘ спокойнее,
температура в печи* выше, длина дуги увеличивается;
Во избежание преждевременного выхода из строя футе-
ровки печи дугу укорачивают, снижая напряжение. Кро*
ме того, для* печей, в которых могут выплавляться раз-
ныё марки металла, соответственно изменяются условия
плавки, а значит, и требуемые напряжения.
Для обеспечения возможности регулирования напря-
жения печей питающие их трансформаторы выполняют
с несколькими ступенями низкого напряжения, обычно с
переключением отпаек обмОтки высокого напряжения
(12 ступеней и более). Вторичное линейное напряжение
для трансформаторов мощностью до 8000 КВ-А регули-
руется в пределах от 2204-320 В до UtminfS
100—120 В; для трансформаторов большей мощно-
сти Uimax^t 3704-510 В ДО 1304-185 В.
Трансформаторы мощностью до 10000 кВ-А снабжены
переключающим устройством ПБВ. Более мощные
трансформаторы имеют переключающее устройство
РПН. .Для Небольших печей применяют две — четыре
ступени, а также простейший способ регулирования на-
пряжения — переключение обмотки высокого напряже-
ния (ВН) с треугольника на.звезду.
Для обеспечения устойчивого горения дуги перемен-
ного тока и ограничения толчков тока при коротких за-
мыканиях (к. з.) между электродом и шихтой 2—3-крат-
ным значением номинального тока электрода общее
относительное реактивное сопротивление установки дол-
жно составлять 30—40%. Реактивное сопротивление
печных трансформаторов равно 6—10%. сопротивление
короткой сети для малых печей 5—10%. Поэтому со сто-
•
46
THf
3
~6,Ю(35}кВ
ВП2
эпд
Рис. 1-19. Электрическая схема
питания дуговой печи.
вт
ТТ1-ТТЗ
фры ВН трансформатора дляпечей емкостью до 40 т
предусматривают предвйлюченный реактор с сопротив-
лением около 15—25%, входящий в комплект трансфор-
маторного агрегата. Реактор выполнен как дроссель с
ненасыщающимся сердечником. ,
'Электрическая схема силовой цепи дуговой печи,
хема питания типовой электропечной дуговой установ-
1 для фасонного литья по-
казана в ^упрощенном виде
F₽a рис. 1-19. Здесь ЭПД —
Электропечь дуговая. Мало-
••масляный или воздушный
вечной выключатель ВП1
Предназначен для оператив-
ного включения и отключе-
ния печного трансформато-
ра ТрП при всех нагруз-
ках— от холостого хода до
.коротких замыканий. Разъ-
j единитель В служит для по-
дачи и снятия напряжения
при отключенном выключа-
теле ВП1. Перед печным
трансформатором включен
токоограничивающий реак-
тор РТО, который по окон-
чании расплавления шихты
К шунтируется выключателем
• ВП2. При этом первичная
обмотка трансформатора по-
;• ресоединяется с треугольни-
ка на звезду при помощи
переключателя П (на время
переключения цепь питания
печи обесточивается при по-
мощи ВП1).
. Трансформаторы тока
ГТ1-2ТТЗ и ТТ4—ТТ6 на
первичной и вторичной сто-
ронах печного трансформа-
тора и трансформаторы на-
пряжения ТН1 и .TH2 слу-
жат для подключения изме-
рительных йриборов и ап-
ТТ^-ТТб
ТН2
47
паратуры управления и защиты. Установки дуговых пе-
чей оснащаются релейной защитой от токов к.з. на сто-
роне ВН трансформатора ТрП и от перегрузки, которая
может иметь место при работе печи. Защита от к.з. от-
ключает установку, воздействуя на выключатель ДЛ/,
и выполняется как токовая защита мгновенного дейст-
Рис. 1-20. Короткая сеть, речной установка.
идя. Защита от перегрузки обычно воздействует с вы-
держкой времени на сигнал.
Все трансформаторы для питания дуговых печей
снабжают газовой защитой. Газовая защита, как основ-
ная защита печйого трансформатора, выполнена двух-
ступенчатой: первая ступень воздействует на сигнал,
вторая отключает установку.
.•? Короткая сеть дуговой установки (рис. 1-20, a) сСР
стоит из ошиновки 1 в трансформаторной дамере, гиб-
кой кабельной гирлянды- 2, трубошии 3, электрододер-
жателя 4 и электрода б, перемещающихся вместе с ка-
реткой б. На печах емкостью до 10 т используют схему
гзвезда на электродах* (рис. 1-20,6), когда вторичные
обмотки печного трансформатора соединены в треуголь-
ник на выходе из камеры. Другие схемы короткой сети,
позволяющие уменьшить ее реактивное сопротивление,
применяют иа более мощных печах.
48
t- Автоматическое регулирование мощности дуговых
вечей, Для обеспечений нормальной и высокопройзво-
дительной работы дуговые печи оборудуются автомати-
ческими регуляторам^ мощности (АР), которые осуще-
ствляют поддержание постоянства заданной мощности
электрической дуги. Работа АР основана на изменении
положения электродов относительно загрузки — в печах
прямого нагрева или
друг Относительно дру- о____
га — в печах косвенного
нагрева, т. е. в обоих слу-
чаях используется регу-
лирование длины Луги. °-
Исполнительными орга-
нами АР чаще всего Слу- • ^1. Сима замещения дуто-
жат электродвигатели, гу .
ио некоторые печи име-
ют АР с гидроприводом электродов. Трехфаз-
ные печн оснащаются отдельными АР для каждого
электрода и одним резервным. Обязательно предусмат-
ривается и ручное регулирование перемещения элект-
родов.
Удельный расход электроэнергии и производительность дуговой
печи зависят не только от технологических факторов, ио и от того,
насколько правильно выдерживается заданный электрический режим
печи. На рис. 1-21 изображена упрощенная схема замещения для
одной фазы установки дуговой печи. Здесь 1/2ф—расчетное вторич-
ное фазное напряжение трансформатора, под которым понимается
фазное напряжение питающей сети, приведенное ко вторичной
обмотке трансформатора, т. е. где п — коэффициент
трансформации для данной ступени напряжения; Л и Ха—суммар-
ные активное и индуктивное сопротивления фазы печной установки,
приведенные ко вторичному напряжению; Яж, /д и 17*— активное
сопротивление, ток и напряжение дуги.
Согласно этой схеме можйо записать:
(1-13)
Известно, что у мдщяых дуг напряжение практически не зави-
сит от тока и линейно связарю с длиной дуги:
— " 17д =. о + р/д, ~~(1-14)
где а —сумма катодного и анодного падения напряжения, В;
Р — падение напряжения на единицу длины столба дуги, В/мм;
Ы — длина дуги, мм. _
Значения Дир изменяются в ходе плавки. В среднем а» 20,
р-=4 в период расплавления н р=1 в период рафинирования.
Из выражений (1-13) и (1-14) видно, что ток дуги аайисвт от
фазного напряжения печи и длины дуги. При неизменном с
4-612
_ . 49
возрастанием 1Д и соответственно напряжения Un ток /д уменьша-
ется и, наоборот, увеличивается с уменьшением 1Я. С увеличением
Unt, при постоянной длине дуги 1Я ток /я становится больше. Поэто-
му активная мощность Рц^*ия1я, выделяемая дугой, при заданном
фазном напряжении инее?, максимум Рд,жв« при некотором значении
•ж.ша* и соответствующем значении тока /*,«««• Следовательно, од-
ному и тому же значению Ря отвечают два разных режима: при
1д*^1д.твя, <д^>/д,тах И При /д>/д,таж, /д</д^пах. По ЭТОЙ Црн-
, чине мощность Рл не может быть непосредственно использована как
параметр автоматического регулирования электрического режима
печи, и В современных АР применяют регулирование по косвенному
параметру, в качестве которого берут разность сигналов, пропор-
циональных току дуги /х и напряжению фазы Ifa. Подобные, регу-
' ляторы называют дифференциальными.
Режим для каждого этапа плавки выбирают так, чтобы зада-
ваемое значение /*,» было меньше /д, жВХ, так как при /д,а>/д,^<«
nt н я установка работала бы с низкими значениями КПД и коэф-
фициента мощности. При заданных значениях ^2Ф,з и 1я.« однознач-
но будет задана и мощность Ря,а, поскольку величины Х„ н RB по-
стоянны. Также однозначно определится для заданного режима и
напряжение на зажимах вторичной обмотки печного трансформатора
/д а2^, где г'9—полное суммарное приведенное сопро-
тивление обмоток трансформатора и дросселя.
Следовательно, задаваемый сталеваром или оператором элект-
рический режим печи можно полностью охарактеризовать двумя ве-
личинами: /д,8 и U29,a. Параметр регулирования АР
А = а1л — bU^. (1-15)
Коэффициенты пропорциональности а н Ь подбираются так, что-
бы в заданном режиме
А = о/д,в — bU 1ф,в “ 0.
Тогда яри любом отклонении режима от заданного А#=0, что
вызовет соответствующую реакцию регулятора и он, воздействуя на
исполнительный двигатель, автоматически обеспечит перемещение
электрбда так, чтобы вновь восстановился заданный режим.
Однако практически регулятор может пустить двигатель и осу-
ществят. перемещение электрода лишь гЦрсле того, как параметр Л
изменится от нуля иа определенную малую величину, называемую
зоной нечувствительности. Эта зона характеризуется отклонениями
тока дуги ±Д/д от заданного значения, при которых прекратится
илИ соответственно Начнется перемещение электрода (в пределах
зоны -нечувствительности можно считать, что напряжение {72ф не из*
мелится). Наличие зоны нечувствительности регулятора, обуслов-
лено В первую очередь моментом сид сопротивления механизм# пере-
мещения. Требуется некоторое минимальное напряжение на Двига-
теле, Зависящее от величины А, чтобы двигатель Преодолел момент
сил трения и неурав тщания электрододержателя с электродом
и начал вращаться. Кроме того, некоторая минимальная ширина зо-
ны нечувствительности регулятора необходима для того, чтобы из-
бежать Возникновения колебательного неустойчивого процесса при
остановке электрода. Желательно, чтобы тормозной путь электрода
/т В самом неблагоприятном случае (при торможении с максималь-
ной скорости) це превышал значения 2Д/Х, где Д/д— изменение
«0. .
длины дуги, соответствующее изменению тока На величину Д/д, т. е.
чтобы торможение заканчивалось в' пределах зоны нечувствитель-
ности. Процесс- регулирования будет при этом апериодическим. Если
же /т>2ДГд, то электрод пройдет зону нечувствительности, а это
приведет к повторной реакции АР, ио теперь на перемещение элек-
трода в противоположном направлении. В этом случае регулирова-
ние будет иметь уже колебательный характер. При слишком узкой
зоне нечувствительности по сравнению с тормозным путем колебания
могут продолжаться и далее, что недопустимо. В ряде случаев это
обстоятельство вынуждает ограничивать максимальную скорость пе-
ремещения электрода, что, естественно, снижает быстродействие ре-
гулятора. В современных АР зона нечувствительности по току не
превышает ±5—10%.
Регулятор должен обладать достаточно высоким
быстродействием, обеспечивая ликвидацию крупных
нарушений заданного режима (таких, как к. з. или об-
рывы дуги) в течение 1,5—3 с. Он должен осуществлять
;, как к. з. или об-
должен осуществлять
автоматическое Зажигание дуг печи и плавное изменение
задаваемой мощности пределах 20—125% номиналь-
ной, а при исчезновении питающего печь напряжения
останавливать электроды. ,
Применяемые в настоящее время дифференциальные
регуляторы мощности ДСП с электроприводом механиз-
ма перемещения электродов различаются в первую
очередь типом основного усилителя, питающего двига-
тель постоянного тока.
На рис. 1-22 приведена принципиальная электричес-
кая схема регулятора типа РМД-М (регулятор мощно-
сти дуги модернизированный). Якорь двигателя Д пере-
мещения электрода Э подключен к электромашинному
усилителю ЭМУ, якорь которого приводится во враще-
ние короткозамкнутым асинхронным двигателем. В из-
мерительной части схемы сигнал, пропорциональный
току дуги, от трансформатора тока ТТ через автотранс-
форматор АТ и выпрямитель ВпТ поступает на плечо
КЗ потенциометра сравнения /?3, R4. На плечо R4 этого
же потенциометра приходит сигнал, пропорциональный
напряжению фазы (через предохранитель Пр, резистор
R2, трансформатор напряжения TH и выпрямитель
ВпН). Разность этих сигналов — напряжение управле-
ния 1*у=р=о7я — ЬИзф — поступает на обмотку управления
электромашинкою усилителя ОУ1. Параметры измери-
тельной части схемы подобраны так, что при нормаль-
ном (заданном) режиме работы печи напряжение «у=
==0. Требуемое значение тока дуги задается перемеще-
нием щетки автотрансформатора АТ, т. е. изменением
4* S1
I
соотношения между значением тока дуги и напряжением
на выходе АТ, причем при любом /д,5 напряжение
i>: а/л,9 на плеЧе ЛЗ потенциометра R3, R4 будет сохра-
няться одним я т^м же. Также и иа плечо R4 потеицио-
;; Метра R3, Я-^неайвисимо от выбранной ступени напря-
жения, всегда подается практически одно и то же по
значению напряжение благодаря шунтированию части
резистрра R2 при помощи контактов ПС переключателя
ступеней печного трансформатора. Таким образом, в
любом* случае, если режим работы печи отвечает задан-
ному (в пределах зоны нечувствительности регулятора
по току ±Д/д), напряжение ла якоре ЭМУ будет мень-
ше Напряжения трогания двигателя Д, н электрод Э
неподвижен.
После включения печного трансформатора при под-
нятых электродах* Иа плече R4 потенциометра R3, R4
Появляется напряжение от выпрямителя ВпН. Усилитель
ЭМУ возбуждается, и двигатель Д через передаточный
механизм ПМ опускает электрод. Аналогично будут ра-
ботать и регуляторы двух других фаз печи.
При соприкосновении электрода с шихтой (если к
шихте подошел только один этот электрод) напряжение
выпрямителя ВпН, а следовательно, и на обмотке ОУ1,
становится равным нулю, ЭД С ЭМУ спадает, И двигатель
быстро затормаживается. Когда с шихтой соприкоснется
другой электрод, на обмотку ОУ1 с Ьлеча R3 потенцио-
метра R3, R4 подается максимальное напряжение вы-
прямителя ВпТ, обусловленное током к. з. двух фаз.
Усилитель ЭМУ возбуждается с противоположной по-
лярностью напряжения на якоре, и начинается разгон
двигателя Д на подъем электрода. *
После зажигания дуги по мере подъема электрода
уменьшаются ток в цепи трансформатора тока ТТ и на-
пряжение выпрямителя ВпТ, а напряжение выпрямите-
ля ВпН возрастает. Поэтому напряжение на обмотке
ОУ1 уменьшается, угловая скорость двигателя Д сни-
жается и процесс подъема электрода замедляется. Ког-
да ток дуги станет близким к заданному значению на
верхней границе зоны нечувствительности (т. е. при /д=
=/д,»+А/д), двигатель останавливается.
Таким образом, с момента первого зажигания дуги
начинаются автоматические действия регулятора, обес-
печивающие поддержание заданного режима работы
печи. В частности, при подплавлении шихты увеличи-
63
рдется длина дуги, вследствие чего уменьшается ток в
Возрастает напряжение дуги. В результате на обмотку
РУ1 подается напряжение такой полярности, что элект-
род будет опускаться, пока не восстановится заданный
режим. Если произошло увеличение тока дуги, то дви-
гатель поднимает электрод и т. д. При обрыве дуги млн
К-3- работа регулятора протекает аналогично описанной
выше.
В схеме на рис. 1-22 предусмотрены также дополни?
тбльные узлы, способствующие улучшению качества ра-
боты регулятора. Обмотка управления 0У2 ЭМУ ис-
пользуется как обмотка жесткой отрицательной обратной
Срязипо напряжению ЭМУ. Ее магнитодвижущая сила
(МДС) всегда направлена навстречу МДС основной
обмотки ОУ1. Обмотка ОУ2 выполняет две функции:
ослабляет влияние остаточного намагничивания ЭМУ,
которое весьма велико в таких усилителях, и обеспечи-
вает. форсировку (убыстрение) переходных процессов
нарастания и спадания напряжения ЭМУ, что способст-
вует сокращению временя разгона и торможения двига-
теля Д. Интенсивность действия обратной связи можно
регулировать резисторами R8 и R9. Кроме того, при
помощи диода ДЗ осуществляется усиление действия
обмотки ОУ2 при опускании электрода с тем, чтобы
снизить скорость, перемещения электрода по сравнению
с подъемом. Диоды Д1 И Д2 уменьшают коэффициент
усиления регулятора при больших значениях напряже-
ния и, (в частности, при к.з. и обрыве дуги), чТо об-
легчает получение апериодического или близкого ц нему
процесса регулирования. ,
В схеме используется также стабилизирующий
трансформатор ТрС с четырьмя обмотками. Обмотки 3
и, 4 этого трансформатора реализуют гибкую отрица-
тельную обратную связь по напряжению ЭМУ, что спо-
собствует успокоению колебаний в процессе регу-
лирования. Обмотки 1 и 2 трансформатора ТрС слу-
жат для введения в сигнал управления UT состав-
ляющей, пропорциональной скорости изменения тока
дури di^dt. Это форсирует нарастание напряжения
ЭМУ в начале регулирования и ускоряет его затуха-
ние в конце.
При исчезновении питающего печь напряжения сиг-
йад иу становится равным нулю, н двигатель немедлен-
но останавливается.
И I
Переход е автоматического регулирования на руч-
ное управление перемещением электрода печи осуще-
ствляется при помощи двух универсальных переключа-
телей, не Показанных в схеме на рис. 1-22. Первый из
них шунтирует "Вторичную цепь трансформатора ТТ н
отключает трансформатор TH, а второй "Отключает об-
мотку ОУ1 -от потенциометра R3, R4 и присоединяет ее
к постороннему источнику питания с той или иной по-
лярностью, соответствующей движению электрода вверх
или вниз. Для остановки электрода этот переключатель
устанавливается в нейтральное положение.
Автоматические регуляторы типа РМД-М имеют ис-
полнительные двигатели мощностью от 1,9 до 14 кВт.
Такими регуляторами оснащено большинство действую-
щих установок дуговых печей емкостью до 5 т. Однако
они недостаточно надежны и не обеспечивают устойчи-
вой работы при скорости перемещения электродов на
подъем большей 1,5 м/мин, что в современных условиях
уже недостаточно с точки зрения быстродействия.
Поэтому при модернизации установок Печей малой
емкости (до 5 т) рекомендуется заменять регуляторы
типа РМД-М на регуляторы с магнитными усилителями
типа АРДМ-М-2,2 (автоматический регулятор дуги, ме-
ханическая передача, магнитный усилитель, мощность
двигателя 2,2 кВт). Этот регулятор [31] отличается от
регулятора Типа РДМ-М главным образом тем, что
вместо ЭМУ используется реверсивный силовой магнит-
ный усилитель с выходом на постоянном токе н, кроме
того, в схему введен промежуточный магнитный усили-
тель, который служит для усиления сигнала от измери-
тельной части регулятора. Регулятор типа АРДМ-М
обеспечивает максимальную скорость электрода
2,5 м/мин при подъеме. При спуске электрода макси-
мальная скорость уменьшается в 2 раза.
В настоящее время все новые установки ДСП ем-
костью нё менее 1,5 т оснащаются наиболее совершен-
ными автоматическими регуляторами мощности на ти-
ристорах типа АРДМТ (автоматический регулятор ду-
ги, механическая передача, тиристорный) с малоинер-
ционными двигателями перемещения электродов типа
ЦБСТ или ПГТ мощностью от 1 до 11 кВт. •
На рис. 1-23 приведена упрощенная принципиальная электриче-
ская схема регулятора типа АРДМТ. В этом регуляторе якорь дви-
гателя Д получает питание от реверсивного тиристорного преобразо-
- 55
вателя, ««стоящего вздвух комплектов тиристоров- ТПС и ТПП.
Преобразователь выполнен трехф Мой нулевой встречно-парал-
лельной схеме с силовым трансформатором ТрС и уравнительными
реакторами РУ1 -и РУ2. Управление тиристорамй совместное. Оно
осуществляется при помощи двух блоков импульсно-фазового управ-
ления БИФУС и БИФУП.аа входы которых поступают сигналы от
блока управления БУ. В зависимости от знака результирующего
сигнала м-входе Б& фаза отпирающих тиристоры вм пульсов, фор-
мируемых в БИФУС и БИФУП, соответствует выпрямительному ре-
жиму; одного из комплектов ТПС или ТПП. Второй комплект при
этом Может функционировать только в инверторном режиме. При
работе ТПС выпрямителем двигатель Д осуществляет спуск, а при
работе ТПП выпрямителем — подъем электрода. Измерительная
часть схемы в принципе подобна рассмотренным ранее. Разность
сигналов atg—bu^ с плеч потенциометра RS, R4 поступает на вход
/>У. При м режиме а1а.к—0. Н пря ле иа входе
БУ также равно,иулд». Тиристоры комплектов ТПП в ТПС заперты,
двигатель неподвижен. Если ток дуги станет больше заданного, то
на входе БУ меркду Точками / и.2 появится напряжение, поляр-
ность-которого отмечена на схеме (без скобок) . В-результате комп-
лект тиристоров ТПП будет переведен в Выпрямительный режим,
что вызовет пуск двигателя Д в направлении перемещения электро-
да вверх. После восстановления электрического режима печи дви-
гатель остановится. При уменьшении тока дуги по сравнению с за-
данным напряжение между точками 1 и 2 изменит полярность,
произойдет перевод в выпрямительный режим комплекта тиристо-
ров ТПС, что обеспечит опускание электррда. -- ->» - -
В схеме использована жесткая отрицательная обратная связь
по напряжению якоря двигателя Д. Сигнал обратной связи снима-
ется с потенциометра R7, сглаживается конденсатором С и далее
с потенциометра RS подается на вход БУ встречно сигналу рассог-
ласования. Эта связь улучшает работу регулятора при колебаниях
Напряжения сети 380 В н других возмущениях. При подъёме элек-
трода в случаях больших нарушений режима печи (например, при
к. з. электрода) сигнал обратной связи ограничивается стабилитро-
ном Ст, что ограничивает максимальную скорость подъема величи-
ной 5 м/мин. Опускание электрода происходит при скорости не ме-
нее 2 М/МИН. ’ •
Узел схемы, состоящий на потенциометра R5 R6 н диодов Д1
и Д2, выполняет функции задания ширины зоны нечувствительно-
сти регулятора. Сигнал рассогласования проходит на вход БУ толь-
ко после того, как его значение превысит падение напряжения от
постороннего источника на соответствующем плече потенциометра
R5, R6t на плече R5 при в/д>Ь44фИли плече R6 при aIn<bUt^.
Зону нечувствительности можно регулировать в пределах от 3
до10%.
Для ограничения толчков тока Якоря двигателя в допустимых
пределах служит блок токоограничення БТО с датчиком тока ДТ.
Сигнал от блока БТО подается на вход блока БУ. Полярность это-
го сигнала такая, что при возрастании тока якоря выше установлен-
ного заранее значения выпрямленное напряжение комплекта тири-
сторов, работающего выпрямителем, уменьшается, а комплекта ти-
ристоров, работающего инвертором, увеличивается. Инверторный
режим преобразователя возникает в процессе торможения двигате-
ля при его остановке или реверсе. Работавший до начала торможе-
ния выпрямителем1 комплект тиристоров запирается, а другой Кома-
гейт тиристоров воспринимает Тормозной ток двигателя, раМтая
инвертором. . '-?•
1-4. ИНДУКЦИОННЫЕ ЭЛЕКТРОТЕРМИЧЕСКИЕ УСТАНОВКИ
Индукционные ЭТУ включают в себя плавильные и
нагревательные установки, а по частоте питающего тока
охватывают широкую полосу от промышленной частоты
(80 Гц) до средней (0,5—10 кГц) и высокой (сотни я
тысячи килогерц). . ! *
Конструктивное исполнение*индукционных плавиль-
ных печей. Для рабочего процесса индукционных пла-
вильных п£чеЙ х рактерно электродинамическое и теп-
ловое движение жидкого металла в Ванне нАи тигле,
способствующее получению'однородного по составу ме-
талла и его равномерной температуры по всему объему,
а также малый угар металла (в несколько раз меньше,
чем в дуговых печах). Эти факторы обусловила широ-
кое применение индукционных плавильных печей при
производстве фасонного литья из черных и цветных ме-
таллов. Рабочие температуры печей: для стали 1600° С,
чугуна 1200—1400° С, меди 1200° С и алюминия 750° С.
Индукционные плавильные печи можно разделить на
канальные печи промышленной Частоты и тигельные пе-
чи промышленной, средней и высокой частоты.
Особенности конструкции индукционной канальной
печи (печи со стальным сердечником) иллюстрирует
рис. 1-24,а. Здесь схематически изображена однофаз-'
нал печь. Она представляет собой футерованную ванну
3, заключенную в металлический кожух 2 и снабженную
в данном случае одной однофазной индукционной еди-
ницей. Последняя состоит из индуктора 8, шихтованного
магнитопровода 6 (сердечника) из трансформаторной
стали н подового камня 7 с охватывающими индуктор
плавильными каналами 4. Камень 7 заключен в метал-
лический кожух. Индукционные единицы часто Делают
отъемными, чтобы можно было их заменять без охлаж-
дения футеровки ванны.
Для слива металла 1 через слявной носок 9 печь на-
клоняется обычно при помощи гидропривода (в неко-
торых печах ванна И кожух выполнены в виде барабана
па типу дуговой печи косвенного нагрева, а слив метал-
ла производятся через отверстие в торцевой стенке лечн
при повороте барабана с помощью электропривода).
Загрузку печи ведут сверху через проем, закрытий во
время плавки футерованной крышкой 10. Подъем, крыш-
ки производится при помощи гидро- или электропри-
вода.
' *Индуктор печи изготовляют из профилированной
медиой трубки с водяным охлаждением. Подовый ка-
мень охлаждается воздухом при помощи вентилятора 5
череУ зазор между индуктором и подовым камнем. Ток
к индуктору подводится по гибким кабелям.
Замкнутый контур — вторичную «обмотку» транс-
форматора, первичной обмоткой которого является нн-
дуктор, образует жидкий металл в каналах. Поэтому
необходимо, чтобы- в них всегда оставалось некоторое
количество металла, доддерживаемого в расплавленном
состоянии, для чего печь должна быть постоянно под-
ключена К питающей сети. Следовательно, канальные
печн предназначены для непрерывной работы с редки-
ми Переходами с одной марки металла на другую.
В сроем большинстве канальные печи выполняются
однофазными с одной или несколькими индукционными
единицами. Отдельные конструкции имеют трехфазное
исполнение.
Канальные печи в основном применяю! для плавки
алюминия и его сплавов, а также меди и некоторых ее
сплавов. Емкость неЧей от 0,4 до 16 т (печи серий ИАК
и ИЛК). Другие серии печей специализированы кйк
мйксёры для выдержки н перегрева жидкого чугуна,
цветных металлов и сплавов перед разливкой в литей-
ные формы (например, серин ИЧКМ, ИЛКМ и др.).
Устройство индукционных тигельных печей (печей
без сердечника) показано на рис. 1-24, б и в. Внутри
индуктора 8 помещен огнеупорный набивной тигель 3,
в котором находится расплавляемый металл 1. В печах
промышленной частоты п в некоторых крупных печаХ
Средней частоты устанавливается внешний магни-
топровод 6, который экранирует стальной кбжух печи
(не показанный на рисунках) от полей рассеяния ин-
дуктора. Кожух небольших печей (до 1 т) средней ча-
стоты изготовляют из немагнитной стали, дерева, асбо-
цемента. Сверху печь закрывается футерованной крыш-
кой.
Нагрев и расплавление садки происходят за счет
вихревых токов, наводимых в ней при подключении ин-
дуктора к источнику питания^ Плотность тока в садке
неравномерна. Наименьшая плотность тока получается-в
центральной части тигля, наибольшая — в слое, приле-
гающем к стенкам.
Индуктор тигельной печи представляет собой много-
витковую водоохлаждаемую катушку из медной трубки
круглого, овального илн прямоугольного сечения. Токо-
ировод к индуктору выполняется гибким водоохлаждае-
МЫМ кабелем, или шинопроводами из медных или алю-
миниевых полос и разъемным соединением.
Механизмы наклона печн и подъема крышки снаб-
жаются гидро- или электроприводом. Загрузка печей
60
производится вручную (малые печн) либо при помощи,
подвесной электротележки, мостового крана и т. п.
Тигельные печи используют преимущественно для
плавки металлов на фасонное литье при периодическом
режиме работы, а также вне зависимости от режима ра-
боты — для плавки некоторых сплавов, например бронз,
которое пагубно влияют на футеровку канальных печей.
На частоте 50 Гц работают печн емкостью от 0,4—
1,0 до 10 т (например, печи серий ИЧТ, ИЛТ, ИАТ).
Печи серий ИСТ емкостью от 0,06 до 10 т имеют рабочие
частоты в пределах 500—2575 Гц, серии ИАТ (на 0,4 н
2,5 т) — частоту 500 Гц.
Электрооборудование индукционных плавильных ус-
тановок. В индукционную плавильную установку входят
электропечь с ее механизмами и приводами и комплек-
тующее электрооборудование: печной трансформатор
или преобразовательный агрегат; вводное или распре-
делительное устройство на стороне ВН трансформатора
(при первичном напряжении выше 1000 В); конденса-
торные батареи; шкафы, щиты и станции управления;
токопроводы короткой сети. Комплектация оборудова-
ния тигельных печей возможна в нескольких вариантах:
одна или две печи и один комплект электрооборудова-
ния; три печи и два комплекта электрооборудования.
Питание индукционных печей частоты 50 Гц нрн
мощности печного трансформатора менее 400 кВ-А про-
изводится от сети 380 В, при больших мощностях — от
сети 6 или 10 кВ. Поскольку естественный коэффициент
мощности таких печей весьма низок (у некоторых типов
тигельных печей не выше 0,1—0,3), обязательно приме-
няют устройства его компенсации (батарею конденса-
торов, включаемую параллельно индуктору). Макси-
мальные значения напряжения индукторов лежат в пре-
делах от 500 до 2000 В у тигельных и от 40 до 600 В у
канальных печей.
Печные трансформаторы. В индукционных установ-
ка! частоты 50 Гц В качестве печных используются
главным образом Специально предназначенные для этой .
цели одно- и трехфазные силовые масляные трансфор-
маторы типов ЭОМП, ЭОМН, ЭТМП и другие (буква
О — однофазный; расшифровка остальных букв та же,
что и для трансформаторов дуговых печей —см. § 1-3).
Они имеют ступенчатое регулирование напряжения с
61
, устройством дистанционного управления переключением
ответвлений обмотки на стороне ВН; для мощности
400—1000 кВ-А — при отключенном трансформаторе
(устройство ПБВ), для большей мощности — под на-
грузкой (устройство-РПН). В качестве примеров ком-
плектации печей трансформаторами этих типов укажем:-
для печи ИЧТ-1 емкостью 1 т применен трансформатор
ЭОМП-1000/10 мощностью 4000 кВ-А; для печи ИЛК-1,6
емкостью 1,6 т — трансформатор ЭТМН-1000/10 мощ-
ностью 1000 кВ-А. Помимо специальных трансформато- .
ров в индукционных установках применяются^ некото-
рые типы трансформаторов для дуговых печей и печей
сопротивления. При питацин печи с однофазным индук-
тором от трехфаэного печного трансформатора устанав-
ливают симметрирующее устройство, состоящее из ре-
актора и батареи конденсаторов [31].
Для сущки печи и первой плавки необходимо пони-
жать мощность примерно до 30% номинальной. Поэтому
печи иногда снабжают вспомогательными трансформа-
торами Нлй автотрансформаторами. Они могут пооче-
редно подключаться то к одной, то к другой печи. Для
канальных печей такой трансформатор обеспечивает
Возможность работы на холостом ходу.
Преобразователи частоты. В Индукционных установ-
ках средней частоты в качестве источников питания
индукторов применяют двигатель-генераТОрные (ма-
шинные) и тиристорные (статические) преобразовате-
ли частоты.
• Машинные преобразователи частоты старых серий
ВПЧ, ПВ и ВГО (последние две серии уже не выпуска-
ются) и новых серий ОПЧ и ВЭП—основной вид пре-
образователей, применяемых для питания всех тех дей-
ствующих индукционных установок, в которых исполь-
зуется тек с частотой 1,0—10 кГц. Преобразователи
представляют собой агрегаты из трехфазного асинхрон-
ного или синхронного двигателя частоты 50 Гц и одно-
фазного индукторного синхронного генератора средней
частоты. В таких генераторах обмотки переменного Тойа
и возбуждения (постоянного тока) размещены в пазах
статора. Ферромагнитный ротор имеет зубчатую форму
наружной поверхности и не несет иа себе обмоток. При
вращении ротора изменяется воздушный зазор между
статором и ротором в зависимости от того, происходит
ли под соответствующим полюсом статора зубец или паз
42
ротора. Это приводит к созданию пульсирующего маг-
нитного потока, пересекающего витки обмотки перемен-
ного тока, и наведению в последней ЭДС повышенной
частоты f=zp<i)/(2n), где zp — число зубцов ротора, о—
его угловая скорость (рад/с).
Исполнение'агрегатов ПВ и ВГО — горизонтальное,
агрегатов других серий — вертикальное. Охлаждение
агрегатов ВГО и ПВ защищенного исполнения — воз-
Рис. 1-25. Схема силовых цепей тиристорного преобразователя ча-
стоты.
душное, агрегатов ПВ закрытого исполнения — водяное,
агрегатов ВПЧ, ОПЧ н ВЭП — воздушно-водяное.
Агрегаты серии ВПЧ изготовляются на мощности от
12 до 100 кВт, напряжения от 200 до 800 В и рабочие
частоты в пределах 24Q0—8000 Гц; агрегаты серии
ОПЧ — на мощности 250—500 кВт. напряжение 800—
1600 В и частоты 1—10 кГц; агрегаты серии ВЭП — на
мощности 60 и 100 кВт, напряжение 800/400 В и часто-
ты 2,4 и 8 кГц.
Возбуждение генераторов осуществляется от элект-
рона шинных и магнитных усилителей, а также от тири-
сторных возбудителей — управляемых выпрямителей,
встраиваемых в шкафы и станции управления печами.
Тиристорные преобразователи частоты (ТПЧ) — но-
вый вад источников питания средней частоты, который в
перспективе должен заменить машинные преобразовав
т$дд. В настоящее .время выпускаются преобразователи
серин СЧИ на номинальные мощности 100 и 250 кВт и
номинальную частоту 3,0 кГц (с регулированием ее от
67 до 100%) и серин ТПЧ"на номинальные мощности от
160, до 3200 кВт н номинальные частоты 0,5; 1,0; 2,4;
8,0 кГц (с регулированием от 80 до 100%). Номиналь-
ное напряжение преобразователей в основном равно
63
цепи такого преобразователя.
-' Вили
Рас. 1-26. Электрическая схема
питаййя индукционной Печи про-
мьпилевкой; Частоты.
мысленной частоты, как
800 В н регулируется в пределах от 50—70 До
125%. - <
Тиристорные преобразователи частоты серий СЧИ и
ТПЧ построены по схемам с промежуточным звеном по-
стоянного тока. На рис. 1-25 приведена схема силовой
Звено постоянного тока
представляет собой уп-
равляемый тиристорный
выпрямитель Вл, собран-
ный по трехфазной мос-
товой схеме. Выпрямлен-
ный ток сглаживается
фильтром, состоящим из
реактора. н конденса-
тора Сф. Однофазной
мостовой инвертор Ям —
с емкостной коммутаци-
ей, совершаемой при по-
мощи конденсатора Сн и
реактора LK, преобразует
постоянный ток в пере-
менный ток средней час-
тоты, который питает на-
грузку-электропечь ин-
дукционную ЭПИ Н ком-
пенсирующие конденса-
торы Сн.
Конструктивно тири-
сторные преобразовате-
ли частоты выполняются
В виде крупноблочного
комплектного устройст-
ва, собранного иа шка-
фов двустороннего обслу-
живания.
Конденсаторы. В- ин-
дукционных ЭТУ про-
правило, используются
конденсаторы общего назначения КМ, КС и другие, кро-
ме установок с рабочими напряжениями выще .1000 В,
для которых выпускаются специальные конденсаторы
типа КСЭ и КСЭК. Конденсаторы должны иметь встро-
енные внутрь нх корпуса плавкие предохранители и раз-
рядные резисторы,
В индукционных ЭТУ средней частоты применяются
конденсаторы с рабочей частотой 0,8—2,0 кГц старых
серий ЭМ, ЭМВ, ЭС и других, которые рекомендуется
заменять на конденсаторы новой серин ЭСВ.
Электрические схемы питания индукционных пла-
вильных установок. Типовая принципиальная электри-
ческая схема силовой части установки индукционной
3-380в
f’HC. 1-27. Электрическая схема питания индукционной печи повы-
шенной частоты.
тигельной печи промышленной частоты приведена на
рис. 1-2G. Напряжение на печь ЭПИ подается после
включения выключателя В. На стороне ВН печного
трансформатора "ТрП через трансформаторы напряже-
ния Тп1 и тока ТТ1, ТТ2 присоединены измерительные
приборы — вольтметр VI, амперметр А1, ваттметр W и
счетчик Wh активной энергии, потребляемой печью, и
аппараты релейной защиты. Параллельно индуктору
печи подключена компенсирующая конденсаторная ба-
тарея, которая состоит из постоянной присоединенной
секции С и секций С/ — СИ, управляемых контакторами
Л7 — KN, где N — число секций. На стороне низшего
напряжения (НН) печной установки от трансформато-
ров напряжения ТН2 и тока ТТЗ получают питание
вольтметр V2 и амперметр А2, а также автоматический
регюйтор режима печи АР.
Эта же схема справедлива и для установки каналь-
ной вечи с той лишь разницей, что будут отсутствовать
Г»-в!» 65
регулятор режима АР в контакторы К1 — KN, посколь-
ку характерное для канальных печей постоянство режи-
ма в процессе работы исключает необходимость под-
стройки конденсаторной батареи.
На рис. 1-27 изображена типичная схема силовой
цепи установки, с питанием двух индукционных тигель-
ных печей средней частоты от-одного преобразователя,
в данном случае от генератора Г с приводным двигате-
лем Д, который включается контактором КД. Обмотка
возбуждения ОВГ генератора получает питание' от уси-
лителя У (электромашинного, магнитного или тиристор-
ного). Контакторы КЛ1 и КЛ2 служат для поочеред-
ного присоединения печей № 1 и 2 к генератору. К тран-
сформаторам TH и ТТ подключены аппаратура измере-
ния и регулятор АР.
Индукционные нагревательные установки. В такой
установке индуктором создается электромагнитное по-
ле; оно наводит в металлической детали вихревые токи,
наибольшая плотность которых приходится на поверх-
ностный слой детали, где н выделяется наибольшее ко-
личество тепла. Это тепло пропорционально мощности,
подведенной к индуктору, и зависит от времени нагрева
и частоты, тока индуктора. Путем соответствующего вы-
бора мощности, частоты н времени действия нагрев мо-
жет быть произведен в поверхностном слое разной тол-
щины либо по всему сечению детали.
Индукционные нагревательные установки по спосо-
бу загрузки и характеру работы бывают периодического
и непрерывного действия. Последние могут встраиваться
в поточнце н автоматические технологические линии.
Индукционный нагрев наиболее широко применяется
для поверхностной закалки и для сквозного нагрева под
горячую деформацию. По сравнению с нагревом в пе-
чах сопротивления он позволяет повысить скорость об-
работки для разнообразного сортамента деталей и улуч-
шить ее качество, легче поддается автоматизации, дает
возможность нагрева отдельных участков детали, тре-
бует меньших площадей под-рабочие агрегаты. Поверх-
ностная индукционная закалка, в частности, заменяет
такие дорогостоящие операции поверхностного упрочне-
ния, как цементация, азотирование и др.
Закалочные установки. Различают три вида поверх-
ностной закалки. При одновременной закалке вся зака-
ливаемая поверхность одновременно нагревается, после
66
ч$го одновременно охлаждается (нагрев шеек, флан-
цев, втулок и пр.). Одновременно-поочередная закалка
характерна, тем, что отдельные участки детали подвер-
гаются закалке поочередно. Непрерывно-последователь-
ная закалка используется при большой протяженности
закаливаемой поверхности и производится при непре-
рывном движении детали относительно индуктора. Ох-
лаждение нагретой поверхности следует за нагревом.
Охладитель и индуктор в последнем случае могут быть
как совмещенными, так и раздельными.
Глубина закаленного слоя А/ зависит от частоты f
следующим образом:
Л/, мм............ 3,5—20 1,1—7 0,5—3,5 0,15—1,0
f, Гц.......] . . . 1000 8000 70000 500000
В зависимости от вида поверхностной закалки и кон-
фигурации деталей используют различные конструкции
закалочных индукторов. На рис. 1-28, а. показ ан индук-
тор для одновременной закалки наружных цилиндричес-
ких поверхностей. Индуктор состоит из индуктирующе-
го провода /, который создает переменное магнитное
поле, токоподводящих шин 2, контактных колодок 3 для
соединения индуктора с источником питания, трубок 4
для подачи н отвода йоды.
Для закалки плоскйх поверхностей применяют одно-
и многоввтковые индукторы. На рис, 1-28,6 показан
одновцтковый индуктор для закалки непрерывно-после*
довательным методом, на рис. 1-28, в—многовнтковый
индуктор для закалки одновременным методом.
Рис. 1-29. Электрическая схема индивидуального питания индукци-
онной закалочной или нагревательной установки повышенной ча-
стоты.
Источниками питания закалочных индукторов сред-
ней Частоты служат рассмотренные выше электромашнн-
ные н тиристорные преобразователи, обеспечивающие
рабочие частоты до 8 кГц.
На рнс. 1-29 приведена схема питания индукционной
: закалочной установки средней частоты с применением ..
двигатель-геиераторного преобразователя. Структура си-
ловой части отличается здесь от схемы на рнс. 1-27 не-
которыми элементами. Напряжение на индукторе И за-
калочной установки, как правило, невелико (15—120 В),
поэтому для согласования с напряжением генератора
68 _
индуктор включается через понизительный трансформа-
тор ТрЗ («закалочный»), специально сконструированный
для работы на средней частоте. Контактор КН ис-
пользуется только для отключения генератора при мел-
ких ремонтах или наладке схемы. Оперативное включе-
ние и отключение нагрева производится после нажатия
на кнопку КнВ или КнО путем подачи или соответствен-
но снятия возбуждения генератора, для чего служит
реле РВГ. Контакт реле введен в цепь обмоткн возбуж-
дения ОВГ генератора.
Для предотвращения аварийных перенапряжений на
«чистой» емкости при обрыве цепи индуктора якорь
генератора, закорачивается безынерционным пробивным
разрядником Рк. В цепь разрядника включен трансфор-
матор тока ТТ2; ко вторичной -обмотке его через выпря-
митель подключено максимальное токовое реле PM2t
контакт которого отключает реле РВГ. Если по какой-то
другой причине напряжение генератора чрезмерно по-
высится, то сработает подключенное через выпрямитель
к трансформатору напряжения TH реле напряжения
PH, которое своим контактом отключит реле РВГ. Ре-,
ле PH настраивается на срабатывание при напряжении
генератора, меньшем напряжения пробоя разрядника.
Максимальные токовые реле РМЗ и РМ1 (последнее
подключено к трансформатору тока ТТ1 через выпря-
митель) осуществляют защиту от токов к. з. соответст-
венно цепи обмотки ОВГ и силовой цепи установки.
Разрядный резистор /?р обеспечивает защиту обмот-
ки ОВГ от перенапряжений при размыкании контак-
та РВГ.
Электрический режим работы установки контролиру-
ется при помощи измерительных. приборов Al, А2, V,
W и <р. Для регулирования напряжения генератора слу-
жит реостат /?в.
При высокой производительности н специализации на
одной детали закалочная установка приобретает вид
станка. Такой станок обеспечивает закрепление закали-
ваемой детали, ее перемещение в процессе закалйи, по-
дачу закалочной среды на деталь, охлаждение детали.
Все электрооборудование устанавливается в комплект-
ных устройствах — шкафах управления.
Индукционные закалочные станки типа ИЗУ имеют
по средней частоте мощность 150—300 кВт, типов И31 н
И32 — от 30 до 200 кВт. Частота тока 2,5 и 8 кГц.
69
В высокочастотных закалочных установках в качест-
ве источника применяется ламповый генератор, прин-
ципиальная схема которого изображена на рис. 1-30.
Основные элементы генератора: трехфазный повышаю-
щий анодный трансформатор /, выпрямительный мост 2
на тиратронах (или на высоковольтных кремниевых вен-
тилях) со сглаживающим дросселем Др и напряжением
Рис. 1-30. Принципиальная электрическая схема лампового генера-
тора.
постоянного тока на выходе моста до 10—15 кВ, гене-
раторный блок 3 с трехэлектродной лампой ЛГ, преоб-
разующий энергию постоянного тока в энергию высоко-
частотных электрических колебаний, колебательный
контур^, состоящий из конденсаторной батареи Ск и воз-
душного трансформатора £к, во вторичную цепь кото-
рого включен индуктор И. Генератор собран по схеме
с самовозбуждением. Для получения незатухающих ко-
лебаний на сетку лампы подается напряжение, находя-
щееся в противофазе с ее анодным напряжением, для
чего применена индуктивная обратная связь от колеба-
тельного контура.
Закалочные установки с ламповыми генераторами
изготовляются на частоты 66 или 440 кГц при мощности
на выходе от 25 до 250 кВт. Например, установка типа
ЛЗ-107В иа лампе ГУ-23А имеет мощность 100 кВт
прн частоте 66 кГц.
Установки индукционного сквозного нагрева работа-
ют как на частоте 50 Гц, так и на средней частоте (от
1 до 10 кГц). В крупносерийном производстве приме-'
ияют установки непрерывного действия, при мелкосе-
рийном производстве — установки периодического дей-
70
ствия. Частота тока f, используемая, - например, при
сквозном нагреве стальных заготовок диаметром
d (или толщиной а): прн d=15±70 мм f^8 кГц;
при d=70-i-250 мм f==500 Гц; ирн d>250 мм f=50 Гц.
Основным элементом индукционного нагреватель-
ного блока служит многовитковый индуктор. Он пред-
ставляет собой катушку из медной водоохлаждаемой
Рис. 1-31. Электрическая схема питания индукционной нагреватель-
ной установки промышленной частоты.
трубки, .зажатую по всей длине между двумя деревян-
ными брусками и с торцов стянутую асбоцементными
плитами. Витки катушки изолированы. Внутри катушки
вставлены гильзы из миканита (для электрической изо-
ляции), гильза из асбестового картона и шамотные
кольца (для тепловой изоляции). Заготовки продвига-
ются через индуктор по трубчатым направляющим из
и^аропречной немагнитной стали, охлаждаемым водой с
внутренней стороны.
Установки частоты 50 Гц мощностью до 3000 кВт
питаются обычно от трансформаторов общего назначе-
ния со вторичным напряжением 380 В, т. е. от цеховой
сети. Типовая силовая схема такой установки приведе-
на на рнс. 1-31. Водьтодобавочный трансформатор
ТрВД позволяет регулировать мощность индуктора И.
Первичные обмотки ТрВД, переключаемые контактора-
ми КЛ1—КЛ4, наводят во вторичной обмотке, включен-
ной в контур индуктора, напряжение, которое сумми-
руется или вычитается н! напряжения сети.
Установки средней частоты получают питание от ма-
шинные или тиристорных преобразователей частоты.
71
Различают индивидуальное и централизованное питание
установок для сквозного нагрева. Прн индивидуальном
питании каждая установка имеет свой автономный пре-
образователь частоты. При таком способе питания в ус-
тановках периодического действия преобразователь
недоиспользуется по мощности и во времени. При цент-
рализованном питании нескольких нагревательных уст-
Рнс. 1-32. Общий вид кузнечного нагревателя в комплексном нспол-
веинн.
ройств от нескольких параллельно соединенных преоб-
разователей использование последних улучшается, но
регулирование режима нагрева на отдельном нагрева-
тельном устройстве невозможно.
Мощность установок по средней частоте, например с
так называемым кузнечным нагревателем, лежит в пре-
делах от 150 до’ 1500 кВт (установки типа КИН).
Электрическая схема силовой части при индивидуаль-
ном питании аналогична схеме на рис. 1-29.
Установка с кузнечным нагревателем (рис. 1-32)’
комплектуется оборудованием, выполненным'в виде уни-
фицированных блоков: нагревательного блока 7‘ с ин-
дуктором / и механизмом разгрузки; блока подачи за-
готовок 3 с механизмом загрузки, толкателем и его при-
водом; трансформаторного шкафа 5; шкафа управления
блока конденсаторной батареи 6. Блоки установлены
ва раме .2.
Автоматическое регулирование индукционных установок. Сте-
пень автоматизации управления индукционными установками и при-
меняемые при этом способы и средства зависят от особенностей
рабочего процесса установки.
72
Так, для установок канальных плавильных печей частоты 50 Гц
автоматическое регулирование не требуется. Поскольку каналы
почти всегда заполнены жидким металлом с практически постоян-
ной температурой, процессы в шихте не влияют на выделение мощ-
ности в каналах. Электрический режим печи зависит только от на-
пряжения сети, а коэффициент мощности установки во времени не
изменяется. Процессы в печи протекают медленно, и главное требо-
вание при поддержании режима сводится к предотвращению чрез-
мерного перегрева расплава. Это может быть достигнуто путем из-
Рис. 1-33. Схема автоматического управления электрическим режи-
мом индукционной печн.
меиения электрической мощности печи при ручном управлении в
зависимости от температуры расплава, измеряемой периодически.
Напротив, в тигельных плавильных печах электрический режим
существенно зависит от процессов в тигле, поскольку электрические
параметры (индуктивное и активное сопротивления) системы индук-
тор—садка изменяются по ходу нагрева. Это вызывает необходи-
мость постоянной корректировки режима путем изменения напря-
жения питания и емкости конденсаторной батареи, что наилучшим
образом достигается только средствами автоматического регулиро-
вания. Укажем также на специфическую особенность тигельных пе-
чей— возможность возникновения аварийного режима из-за проеда-
ния тигля жидким металлом. Поэтому современные тигельные печи
оснащаются устройствами, сигнализирующими о проникновении рас-
плава в материал тигля.
Нагоевательные индукционные установки в общем случае так-
же требуют регулирования напряжения питания в емкости конден-
саторной батареи.
На рис. 1-33 представлена схема, иллюстрирующая принципы
построения систем автоматического регулирования электрического
режима индукционных установок. В основу схемы положена струк-
тура системы управления режимом индукционной плавильной печи
средней частоты. Система Состоит нз трех блоков: автоматического
регулятора коэффициента мощности РКМ, автоматического регуля-
73
тора возбуждения генератора РВГ п блока автоматического переклю-
чения числа витков индуктора БПИ.
Регулятор РКМ, контролируя фазовый сдвиг между напряжен
ннем н током генератора, осуществляет поддержание заданного зна-
чения коэффициента мощности установки (обычно близкого к еди-
нице) с точностью ±3%. Это достигается путем автоматического
переключения конденсаторов С1 — CN при помощи контактором
КМ1—KMN, где N—число ступеней. Переключение ступеней про-
изводится при снятом возбуждении генератора.
Регулятор РВГ поддерживает с точностью ±2% заданные зна-
чения напряжения генератора Ur.» при R»IRBaB>l и тока генерато-
ра 1ТЛ при Rt>IRBou<.l. Здесь RB— эквивалентное активное сопро-
тивление нагрузки, т. е. контура индуктор—конденсаторы; /?ИОц —
номинальное активное сопротивление нагрузки данного генератора,
при котором он может отдать максимальную мощность в области
значений Vr и 1г, ограниченной заданными (предельно допустимы-
ми) значениями Ur.a и /г>».
На рнс. 1-34, а приведена упрощенная принципиальная электри-
ческая схема современного тиристорного регулятора возбуждения
генератора. Выпрямительная часть регулятора — тиристорный пре-
образователь ТП— собрана по простейшей подууправляемой одно-
фазной мостовой схеме с двумя тиристорами и двумя диодами, а
также нулевым диодом, шунтирующим нагрузку—обмотку возбуж-
дения генератора ОВГ. Блок импульсно-фазового управления тири-
сторами БЙФ выполнен иа базе стандартного магнитного усилите-
ли типа ТУМ-А. Уси/штель имеет задающую обмотку 03, в которую
нодается сигнал задания с потенциометру R„. и обмотку ООС отри-
цательных обратных связей по напряжению Ur и току /г генератора.
Сигналы обратных связей поступают в обмотку ООС от трансфор-
.маторов TH и ТТ (см. рис. 1-33) через выпрямители Вп1 и Вп2,
включенные параллельно. Сопротивление резистора R иа входе Вп2
74
подбирается так, чтобы при Vrflr » ит,9Цтл - /?яом напряжения иа
выходах выпрямителей Вп! и Вп2 были равны. При Кв = Ur/ir>-
>Рвом напряжение на выходе Вп2 больше, чем на выходе Вп1, и
регулятор осуществляет стабилизацию напряжения генератора. При
#в<₽вом напряжение на выходе ВП1 больше, чем иа выходе Вп2.
и' в этом случае регулятор стабилизирует ток генератора путем сии*
ження напряжения. Внешняя характеристика генератора ur = { (/г)
при работе с регулятором имеет вид, показанный на рис. 1-34,6
(штриховые линии). Практически она представляется отрезками
горизонтальной и вертикальной сплошных линий. При уменьшении
потенциометром /?в сигнала задания характеристика Ur => f(Ir) сме-
щается ближе к началу координат. Увеличение сигнала задания
приводит к перемещению характеристики Ut => /(/г) в противопо-
ложном направлении вплоть до характеристики, отвечающей номи-
нальным значениям напряжения £/г.вом п тока 1т,но» генератора.
Очевидно, что чем ближе будет вивчение RB к /?Вои, тем мень-
ше отклонения Ur и 1Т и мощности печн Р от заданных значений
Ut,b, /г.» и Рв. Такое согласование осуществляется дополнительным
блоком БПИ (см. рис, 1-33). Индуктор печи выполняется по авто-
трансформаторной схеме с отпайками. Чаще всего используется одна
отпайка, как показано иа схеме, т. е. включается либо полный индук-
тор И (замкнут контакт К1, контакт К2 разомкнут), либо отпайка
(замкнут К2, разомкнут Ki).
В блок БПИ подаются сигналы, пропорциональные напряжению
и току генератора, т. е. вводится фактическая величина R*. При по-
мощи логической схемы с памятью она сопоставляется со значени-
ем /?вом, и определяется также направление изменения RB в ходе
плавки, в зависимости от чего включается одни из контакторов
К1 или К2. Обычно в начале плавки Rb<Rbom и Ra постепенно воз-
растает. Прн этом включен контактор К1, т. е. полный индуктор.
После того как Ra превысит Рвом иа заранее заданную величину,
контактор К1 отключится, а контактор К2 включится. Теперь к ге-
нератору присоединена отпайка индуктора. Поэтому уменьшится
коэффициент трансформации последнего, а значит, снизится эквива-
лентное сопротивление контура индуктор — конденсаторы с учетом
вторичной цепи (в металле садки). Новое значение Р3 будет не-
сколько меньше Рвом. Далее по ходу плавки R3 будет возрастать,
а затем по мере расплавления садки — снижаться. После того как
оно станет меньше /?„Ои (тоже на определенную заданную величину),
отключится контактор К2, вновь включится контактор К1 и т. д.
Таким образом, блок БПИ осуществляет двухпозиционное регули-
рование нагрузки.
На описанном принципе построены серийно выпускаемые про-
мышленностью станции ШДА-4200.
Для индукционных тигельных печей частоты 50 ГЦ применяют-
ся различные по составу устройства автоматического регулирова-
ния, например только с регулятором коэффициента мощности (ре-
гулятор типа АРИК) без переключения ступеней напряжения печ-
ного трансформатора, или регулятор типа АРИР, в который входит
также блок РПН дли управления автоматическим переключением
ступеней напряжении.
На базе регуляторов электрического режима могут быть построе-
ны н системы автоматического регулирования теплового режима ин-
дукционных ЭТУ.
75
Г лев» вторая
ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ УСТАНОВОК
ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СВАРКИ
2-1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ЭЛЕКТРОСВАРКЕ
Электросваркой называется способ получения не*
разъемного соединения металлических деталей путем их
местного нагрева до жидкого или пластического состоя-
ния с использованием для нагрева электрической энер-
гии. Наиболее распространенные виды электросварки —
дуговая н контактная,
При дуговой электросварке соединяемые детали
обычно нагреваются вместе с присадочным материалом
при помощи электрической дуги, температура в которой
превышает 5000° С. В зоне сварки создается ванночка
расплавленного металла, которая при охлаждений за-
твердевает и образует сварной шов, прочно соединяю-
щий свариваемые детали.
При контактной электросварке детали в месте со-
единения нагревают до оплавления (иногда — до пла-
стического состояния) и сжимают с определенным уси-
лием. Нагрев осуществляется теплом, которое .выделяет-
ся в точках контактов между деталями при прохождении
через них электрического тока. Присадочный материал
не добавляется.
На предприятиях электромашиностроения установки
электросварки применяют для сварки остовов генера-
торов и двигателей постоянного тока, приварки к осто-
вам лап, изготовления сварных кожухов электрических
машин, сварки крестовин и т. д. Электросварка широко
используется при монтажных и ремонтных работах.
Дуговая сварка имеет несколько разновидйостей. По
особенностям использования электрической дуги раз-
личают сварку открытой дугой, закрытой дугой под-сло-
ем флюса, защищенной дугой в среде защитного газа.
В зависимости от степени механизации и автоматизации
процесса сварки говорят о ручной, полуавтоматиче-
ской н автоматической сварке. Наконец, сварка может
производиться на постоянном и на переменном токе од-
нофазной и (реже) трехфазной дугой. Сварка на по-
стоянном токе дороже н требует более сложного обо-
76
рудования, во дает более высокое качество сварного
шва.
g*’ Самое широкое применение для сварки черных ме-
таллов получила ручная электросварка открытой дугой
с плавящимся электродом (рис. 2-1,а). Дуга, получая
питание от источника 2 переменного или постоянного то-
ка, горит в воздухе между свариваемыми деталями 1
Рис. 2-1. Разновидности дуговой электросварки.
и электродом 3, который плавится в процессе сварки н
участвует в образовании сварного шва. Электрод из
проволоки, по химическому составу близкой к металлу
свариваемых деталей, покрыт обмазкой. Она содержит
вещества, которые образуют при расплавлении шлаки и
газы, повышающие устойчивость дуги и в известной ме-
ре защищающие расплавленный металл от воздействия
кислорода и азота воздуха.
Ручная сварка открытой дугой с неплавящимся
электродом (рис. 2-1,6) используется обычно при сварке
деталей из цветных металлов и сплавов. В этом случае
применяется источник постоянного тока. Дуга горит
м,ежду свариваемыми деталями 1 и электродом 3 (уголь-
77
ным или графитовым). В зону сварки вводится при-
садочный пруток 4.
При автоматической и полуавтоматической сварке
закрытой дугой под флюсом с плавящимся электродом
(рис. 2-1, в) дуга горит под находящимся на сваривае-
мых деталях 1 слоем сыпучего вещества — флюса 6.
Голая электродная проволока 3 автоматически подается
в зону сварки через флюс с помощью подающего меха-
низма 5. Дуга получает питание от источника 2 перемен-
ного Или постоянного тока. При сварке под флюсом в зо-
не сварочной дуги под действием высокой температуры
флюс расплавляется и образует своеобразный газовый
пузырь. Оболочка 7 последнего надежно защищает рас-
плавленный металл от действия кислорода и азота воз-
духа. При автоматической сварке автоматизируется и
перемещение дуги вдоль свариваемых кромок; при по-
луавтоматической сварке это перемещение осуществля-
ется вручную. Автоматическая сварка под флюсом дает
высокое качество сварного соединения; ее производи-
тельность в 6—12 раз выше, чем ручной дуговой ёварки.
Сварка защищенной дугой в среде защитного газа
характерна тем, что в зову сварки специально подают
аргон или смеси его с небольшим количеством активных
газов (аргонодуговая сварка) или углекислый газ.
Ручная аргонодуговая сварка неплавящимся электро-
дом (рис. 2-1, г) на постоянном и переменном токе от ис-
точника 2 применяется при изготовлении конструкций /
из нержавеющих и жаропрочных , сталей, цветных ме-
таллов и их сплавов, при сварке тонкого металла. Воль-
фрамовый электрод 3 помещен в газоэлектрическую го-
релку 8, к которой под давлением подводится газ из
'баллона. Вытекающая нз сопла горелки струя газа 9 за-'
щищает в зоне сварки основной металл и металл приса-
дочного прутка 4 от воздействия кислорода и азота возду-
ха. При автоматической и полуавтоматической сварке в
среде аргона рли углекислого газа используется плавя-
щийся электрод (рис. 2-1,0). Неизолированная элект-
родная проволока 3 при помощи механизма 5 непрерыв-
но подается через горелку 8 в зону сварки, которая от-
делена от окружающего воздуха струей газа 9. Сварка
в среде аргона производится как на переменном, так и
на постоянном токе, сварка в среде углекислого газа
> (она применяется для сталей любого состава) — на
постоянном токе. Сварка в среде углекислого газа для
78
ШГ многих видов работ экономически эффективнее других
К. способов сварки.
Ж . При питании сварочной дуги постоянным током сва-
Ж; риваемые детали чаще всего соединяют с положитель-
|к' ным полюсом _ источника, а электрод — сего отрида-
Пг'' тельным полюсом. Это—так называемая «прямая по-
лярность» сварки. В дуге в области анода выделяется
Рис. 2-2. Разновидности контактной электросварки.
большее количество тепла, чем в области катода, поэто-
му при сварке с прямой полярностью большую долю
тепла получают служащие анодом свариваемые детали,
которые обычно массивнее электрода. Но в ряде случаев
(при сварке тонких листов, некоторых цветных метал-
лов, при сварке в среде углекислого газа и др.) приме-
няют и «обратную полярность», когда электрод явля-
ется анодом.
Оборудование для дуговой сварки используется и
при резке и наплавке металлов, например при ручной
дуговой резке металлическим или угольным электродом
открытой дугой, аргонодуговой резке и наплавке и т. п.
Контактная электросварка имеет следующие разно-
видности: стыковая сварка, точечная И роликовая (шов-
ная). Сварку производят на контактных машинах пере-
менным однофазным током большого значения (до ты-
сяч и десятков тысяч ампер) при малых напряжениях
(единицы вольт) или мощными однопбЛярными
импульсами тока (только для точечной и роликовой
сварки).
79
При стыковой сварке (рис, 2-2, а) детали сваривают
по всей плоскости их касания. В зависимости от марки
металла, площади сечения и требований к качеству со-
единения процесс стыковой сварки осуществляют йо-
разному. Для сравнительно малых сечений свариваемых
деталей (до 300 мм2) применяют стыковую сварку со-
противлением. Заготовки с механически обработанными
и зачищенными торцами устанавливают в стыковую
машину и закрепляют усилием Fs. После этого их при-
жимают одну к другой усилием осадки Foc определенно-
го значения и пропускают через них ток от трансфор-
матора ТрС. При нагреве металла в зоне сварки до
пластического состояния происходит осадка. Ток выклю-
чают еще до окончания осадки. При больших сечениях
применяют стыковую сварку оплавлением. Ее произво-
дят в три стадии: предварительный подогрев, оплавле-
ние и окончательная осадка—илн только в две послед-
ние стадии. Предварительный подогрев в зажимах
машины выполняют периодическим смыканием и размы-
канием деталей при постоянно включенном токе. При
этом происходит процесс прерывистого оплавления тор-
цов. Затем детали непрерывно медленно сближают, заго-
товки прогреваются в глубину до пластического состоя-
ния, а на торцах возникает тонкий слой расплавленного
металла, после чего резко увеличивают скорость сближе-
ния, осуществляя осадку небольшим усилием Foc. Сты-
ковая сварка оплавлением дает более высокую, проч-
ность шва, не требует предварительной механической
обработки, позволяет сваривать детали из разнородных
металлов.
При точечной сварке листов (рис. 2-2,6) детали со-
единяют сваркой в отдельных местах, условно называе-
мых точками. Заготовки устанавливают между элект-
родами точечной машины и плотно сжимают усилием F.
Включают ток, и заготовки быстро нагреваются, особен-
но в месте контакта — чечевицеобразной «точке» под
электродами, в которой металл расплавляется и обра-
зуется сварная точка, диаметр которой обычно близок
к диаметру электродов. После этого ток выключают и
заготовки кратковременно выдерживают между электро-
дами под действием усилия F. Точечная сварка приме-
няется для соединения не только листовых заготовок, но
и листовых заготовок со стержнями или уголками, швел-
лерами и т.п. Свариваемые детали могут быть из од- '
80
нородиых и из разнородных металлов. Толщина загото-
вок— от сотых долей миллиметра до 35 мм. Разновид-
ностью точечной сварки является так называемая рель-
ефная сварка. Она характерна тем4 что на одной из за-
готовок предварительно изготовляют выступы (релье-
фы) круглой, продолговатой или иной формы. Сварку
осуществляют одновременно по всем рельефам или по-
следовательно один за другим.
Роликовая сварка (рис. 2-2, в) заключается в том,
что заготовки соединяют непрерывным прочноплотным
сварным швом, который состоит из ряда последователь-
ных точек, частично перекрывающих друг друга. Заго-
товки устанавливают в сварочной машине между роли-
ками, одни из которых ведущий, или между одним
ведущим роликом" и оправкой. На ролики действует уси-
лие F механизма давления, и к ним подведен ток. Наи-
более распространены два способа роликовой сваркиз
1) при непрерывном вращении роликов прерывистым
’(импульсным) включением тока; 2) включение тока при
неподвижных роликах и вращение роликов при выклю-
ченном токе (шаговая сварка).
2-2. ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ СВАРОЧНОЙ ДУГИ
Характеристики сварочной дуги. Статические вольт-
амперные характеристики сварочной дуги, т. е. зависи-
мости в установившемся процессе сварки напряжения
дуги t/д от сварочного тока /св (тока дуги), показаны
на рис. 2-3 для трех различных значений длины дуги.
В области /, т. е. при малых токах (например до 100 А
для ручной сварки открытой дугой), характеристика
дуги падающая. При средних значениях тока (например
от 100 до 1000 А для ручной сварки Открытой дугой и
автоматической сварки под флюсом тонкой проволокой)
напряжение дуги практически ие зависит от тока (об-
ласть //). В этом случае
иа^а + Ыд, (2-1)
где а и b — постоянные коэффициенты; /д — длина дуги.
Значения С7Д обычно лежат в пределах 25—50 В для
ручной сварки открытой дугой, 30—40 В для сварки под
флюсом и 20—30 В для сварки в среде защитных га-
зов.
6-612
81
При больших токах (свыше 1000 А для автоматиче-
ской сварки под флюсом толстой проволокой), т. е. в об-
ласти ///, дуга имеет возрастающую характеристику.
Для сварки в среде защитных газов эта область харак-
теристики начинается при значительно меньших токах.
Рис. 2-3. Статические вольт-амперные характеристики сварочной ду-
ги (Д) и внешние характеристики источника питания (И).
1 — короткая дуга; 2 — средняя дуга; 3 — длинная дуга.
Сварочная дуга переменного тока менее устойчива,
чем дуга постоянного тока-. В каждый полупериод пе-
ременного тока дуга угасает'и вновь зажигается (вос-
станавливается). Перерывы в горении дуги будут тем
меньше, чем выше напряжение холостого хода источни-
ка (при прочих равных условиях). Для сварки открытой
дугой напряжение зажигания Us связано с напряжением
дуги t/д зависимостью
6/8=1,3-г-2,56/д. (2-2)
При сварке на больших токах под флюсом U9 мало
отличается от (7Д.
Требования к источникам питания сварочной дуги.
Устойчивость дуги в процессе сварки зависит от соот-
ветствия внешней характеристики источника 1/и=Ф (/«)’
форме статической характеристики дуги J/R=f(/CB) в
данном процессе. Внешняя характеристика И источника
(рис. 2-3) может быть круто падающей (кривая а), по-
лого падающей (кривая б) и жесткой (кривая в).
82
Для ручной дуговойеваркй, ряда режимов автома-
тической сварки под флюсом и некоторых видов сварки
в среде защитных газов внешняя характеристика ис-
точника должна быть крутопадающей. Чем круче харак-
теристика а в рабочей части (точка М на рйе, 2-3), тем
меньше колебания тока при изменении длины дуги. При
таких характеристиках напряжение холостого хода ис-
точника Uno, которое по условиям техники безопасности
не должно превышать 90 В, всегда больше напряжения
дуги что облегчает первоначальное и повторное за-
жигания дуги, особенно при сварке нр переменном токе.
Кроме того, ограничивается ток к.з. /к, который по'от-
ношению к рабочему току 1е», р должен находиться в
пределах/х//са,р=1,25*₽2,Q,
При автоматической сварке под флюсом тонкой про-
волокой в большинстве случаев используется полого-
падающая характеристика источника б. При сварке в
среде защитных газов на постоянном токе для режимов,
когда статическая характеристика 2 дуги возрастающая
(точка W), целесообразно применение источника с же-
сткой характеристикой в.
Источники сварочного тока должны обеспечивать
возможность настройки различных режимов сварки, т.е.
установления наивыгоднейшего значения рабочего тока
Zc»,p при заданном напряжении дуги 6/я. Поэтому источ-
ники тока выполняются регулируемыми, позволяя в оп-
ределенном диапазоне изменений тока и напряжения
получить семейство внешних характеристик с плавным
или ступенчатым переходом с одной характеристики на
другую.
Источники тока в установках ручной дуговой сварки
предназначаются для работы с одним сварочным постом
(однопостовые) или для работы с несколькими постами
(многопостовые). Источники для многопостовой сварки
должны иметь жесткие -внешние характеристики. Каж-
дый пост подключается при этом через свой балластный
। реостат.
Источник питания должен быть рассчитан на опре-
деленную номинальную нагрузку /св, вом, при которой он
может работать, не перегреваясь выше допустимых норм.
Режим работы источника для ручной сварки характе-
ризуется продолжительностью работы ПР—отношени-
ем времени сварки /св к времени цикла ?ц=^св-Нп> где
6*
83
tn — время пауз. Обычно ПР выражают в процентах:
ПР=(/сЛц)-Ю0.
Условно за номинальный режим принимают для од-
нопостовых источников fCB=3 мин, /ц=5 мии. Тогда
ПРвсм-60%. Для МНОГОПОСТОВЫХ ИСТОЧНИКОВ ПРЯОМ =
= 100%.
Рис. 2-4. Схемы устройства сварочных трансформаторов.
Номинальный режим работы источников для авто-
матической и полуавтоматической сварки устанавливают
при продолжительности включения ПВЯОН=60 или
100%, которая определяется так же, как и ПР, нб при
ПВ=^100% считается, что в периоды пауз источник
отключается от сети питания, и время цикла равно
10 мии.
Сварочные трансформаторы. Основными источниками
питания для сварки на переменном токе служат одно-
фазные сварочные трансформаторы с первичным напря-
жением 220 или 380 В. Однопостовые трансформаторы
с падающими характеристиками подразделяются на две
группы: трансформаторы с нормальным магнитным рас-
сеянием и дополнительной реактивной катушкой — дрос-
селем; трансформаторы с повышенным магнитным рас-
сеянием. Трансформаторы второй группы можно разде-
лить на три основных типа:, трансформаторы с подвиж-
ными катушками, трансформаторы с магнитным шунтом,
трансформаторы с витковым (ступенчатым) регу-
лированием. Схемы устройства современных однопосто-
вых сварочных трансформаторов показаны на рис. 2-4.
В трансформаторах с нормальным магнитным рас-
сеянием и дополнительной реактивной катушкой (рис.
84
Рис. 2-5. Трансформатор
типа ТД-303.
/ — кожух: 2 — рукоятка пере-
ключателя Диапазонов; 3 — ма-
ховичок механизма перемеще-
ния катушек вторичной обмот-
ки: 4 —щнхок с зажимами для
подключения питания и свароч-
ной цепи; 5 — полозья.
2-4, а) имеется общий магнитопровод 2 с тремя обмот-
В* ками: первичной 1, вторичной 5 и реактивной 3. Верхняя
К часть магнитопровода разъемная и имеет подвижный
Е'магнитный шунт 4. Изменением положения шунта, т. е.
№ величины зазора в магнитопроводе, можно регулиро-
Кивать вторичный (сварочный) ток. Чем больше зазор,
Нг тем большим будет и ток. Перемещение шунта произ-
Е водится электроприводом с
дистанционным управлением.
По такой схеме нзготовляют-
I ся трансформаторы типов ТСД
В (на $00, 1000 и 2000 А) и СТ
[(на 1000 и 2000 А). Эти транс-
Е форматоры (за исключением
ТСД-500) имеют несколько
Ж ступеней изменениям напряже-
те.’ ния холостого хода Ч/20 путем
переключения отпаек вторич-
ной обмотки и предназначены
для автоматической сварки
под флюсом. Трансформатор
,ТСД-500 на номинальный ток
Ж 500'А при ПВИом=60% с
[/20=80 В и пределами регу-
лирования сварочного тока от
I,. 200 до 600 А используется так-
же и для ручной дуговой
сварки.
В трансформаторах с подвижными катушками (рис.
12-4,6) для регулирования сварочного тока изменяют
- расстояние между первичной (неподвижной) 1 и вторич-
ной обмоткой 5. Катушки вторичной обмотки скользят по
стержням магнитопровода- 2. При сближении обмоток
5 и 1 индуктивность рассеяния уменьшается, что приво-
дит к увеличению сварочного тока. Катушки вторичной
обмотки перемещаются вручную при помощи винтово-
го механизма. На таком принципе построено большинст-
во выпускаемых в настоящее время сварочных транс-
форматоров (типов ТС на токи от 120 до 500 А, ТСКи
ТД на токи 300 и 500 А).
Трансформаторы новых типов ТД-303 (рис. 2-5) и
ТД-504 имеют переключатель диапазонов, при помо-
щи которого катушки обеих обмоток переключа-
ются с параллельного соединения на последовательное;
85
это дает два диапазона изменения сварочного тока. На-
пример, трансформатор ТД-504 на номинальный ток
500 А (при ПРНОМ=60%) в диапазоне I позволяет при
1720=60 В регулировать сварочный ток от 240 до 750 А,
в диапазоне II при С/8о=7О В— от 75 до 240 А. Номи-
нальное вторичное напряжение 1Лном=30 В.
Трансформаторы типов ТС и ТСК (последние отли-
чаются от трансформаторов типа ТС наличием конден-
саторов, включенных параллельно первичным обмоткам
для повышения cos <р), а также типа ТД предназначены
для ручной дуговой сварки.
В трансформаторах с магнитным шунтом (рис. 2-4, в) •
изменение индуктивного сопротивления рассеяния про- ।
изводится при помощи магнитного шунта 4, расположен-
ного в окне магнитопровода 2 между разнесенными ка-^
тушками' первичной 1 и вторичной 5 обмоток. При
уменьшении зазора между сердечнйком и шунтом сва-
рочный ток уменьшается. На этом принципе устроены
трансформаторы' типа СТШ на токи 250, 300 и 500 А.
Некоторые из этих трансформаторов имеют переключа-
тель соединения катушек обмоток I и 5 с параллель-
ного на последовательное, а также устройство, обеспе-
чивающее отключение трансформатора от сети через
0,5—1 с после прекращения процесса сварки. Трансфор-
маторы типа СТШ предназначены для ручной дуговой
сварки и автоматической сварки под флюсом. .
Трансформаторы с магнитным шунтом, подмагничи-
ваемым постоянным током (см. рис. 2-4,г), имеют в
окне магнитопровода 2 между катушками / и 5 шунт 4,
на котором, размещена обмотка подмагничивания 6.
Изменяя ток 7П в этой обмотке, можно регулировать
индуктивное сопротивление рассеяния основных обмо-
ток. При /п=0 это сопротивление минимально и сва-
рочный ток наибольший. Увеличение /п приводит к
уменьшению сварочного тока. Подобную конструкцию
имеют трансформаторы новых типов ТДФ-1001 и
ТДФ-1601 (соответственно на 1000 и 1600 А при ПВНом=
= 100%) для автоматической сварки под флюсом. Транс-
форматоры позволяют осуществить ступенчато-плавное
регулирование сварочного тока. Ступенчатое регулиро--
вание достигаетсд переключением катушек 5 вторич-
ной обмотки, плавное — изменением тока 1В, для чего
обмотка 6 питается от однофазного тиристорного вы-
прямителя.
86
У трансформаторов с витковым регулированием (на*
пример типа ТСП-1 на 180 А при ПР =50%) вторичная
обмотка секционирована, а повышенное рассеяние до-
стигается размещением первичной и большей части вто-
ричной обмотки на разных стержнях.
Все сварочные трансформаторы имеют естественное
воздушное охлаждение и заключены в металлический
Рис. 2-6. Электрическая схема осциллятора.
кожух, установленный на двух или четырех катках или
на двух полозьях (рис. 2-5).
Осциллятор предназначен для питания сварочной
дуги токами высокой частоты и высокого напряжения
параллельно со сварочным трансформатором, что облег-
чает зажигание дуги и повышает ее устойчивость. Мощ-
ность осциллятора составляет всего 100—250 Вт. Часто-
та тока 150—260 кГц и напряжение 2—3 кВ дают воз-
можность зажигать дугу даже без соприкосновения
электрода с деталью. В то же время ток такой частоты
и напряжения безопасен для человека.
Схема осциллятора (рис. 2-6) содержит: низкочас-
тотный повышающий трансформатор ТрГ, высокочас-
тотный трансформатор Тр2 с обмотками, имеющими
катушки индуктивности L1 и L2\ разрядник Рк; кон-
денсаторы С1 и С2. Напряжение вторичной обмотки
Тр1, изменяясь по синусоиде, заряжает конденсатор С1
и при некотором своем значении вызывает пробой раз-
рядника Рк. В результате колебательный контур LI, С1
оказывается практически закороченным, и в нем воз-
никают затухающие колебания высокой частоты. Через
обмотку L2 и защитный конденсатор С2 эти колебания
прикладываются к дуговому промежутку. Такую схему
включения осциллятора называют параллельной, по-
скольку колебательный контур осциллятора по отноше-
81
нию к дуге включен параллельно с источником пита-
ния— сварочным трансформатором ТрС. Конденсаторы
С включены в первичную цепь трансформатора Тр1 для
уменьшения помех радиоприему.
Осцилляторы применяют при сварке дугой малой
мощности, при ручной аргонодуговой сварке непЛавя-
щнмся электродом, при значительном падении напря-
жения в силовой сети 380 Вив ряде других случаев.
Сварочные преобразователи постоянного тока. Пи-
тание сварочной дуги постоянным током дороже, чем
переменным. Однако применение постоянного тока це-
лесообразно, когда к качеству сварных швов предъяв-
ляются особо высокие требования, а также когда ис-
пользование переменного тока затруднено, например при
сварке деталей малой толщины.
Источники питания постоянного тока можно разде-
лить на две группы: машинные сварочные преобразова-
тели и полупроводниковые сварочные выпрямители.
Машинный сварочный преобразователь состоит из
генератора постоянного тока и приводного асинхронного
двигателя с короткозамкнутым ротором. Для работы в
полевых условиях выпускаются также преобразователи
с двигателями внутреннего сгорания. В своем большин-
стве Преобразователи изготовляются в однокорпусном
исполнении: генератор и двигатель находятся на одном
валу в одном корпусе.
Сварочные генераторы выполняются с двумя обмот-
ками возбуждения: независимой и последовательной
(размагничивающей или подмагничивающей, рис. 2-7, а)
либо параллельной и последовательной (размагничива-
ющей или подмагничивающей, рис. 2-7,6).
У генераторов, выполненных по схеме на рис. 2-7, а,
обмотка независимого возбуждения ОВ1 питается от
сети переменного тока через стабилизатор напряжения
и селеновый выпрямитель (на схеме не показаны). Она
создает магнитный поток Фь Обмотка ОВ2 включена
последовательно-в сварочную цепь. При сварке по ней
проходит сварочный ток и создается магнитный поток
Фа. Если этот поток направлен навстречу основному по-
току ф(, т. е. обмотка ОВ2 размагничивающая, то внеш-
няя характеристика генератора будет падающей. Наклон
характеристики можно изменять секционированием об-
мотки ОВ2. При подключении сварочной цепи на отпай-
ку обмотки ОВ2 характеристика становится положе.
88
Плавное регулирование сварочного тока производится
реостатом /?рег в цепи обмотки ОВ1. По такой схеме ра-
ботают генераторы в однопостовых сварочных преобра-
зователях типа ПСО иа токи от 120 до 800 А и нового
типа ПД на 500 А, предназначенных для ручной дуговой
и автоматической сварки под флюсом. Например, преоб-
разователь ПСО-ЗОО с номинальным током 300 А при
Рис. 2-7. Принципиальные электрические схемы сварочных генерато-
ров постоянного тока.
ПР (ПВ)==65% и номинальным напряжением 30 В
позволяет регулировать сварочный ток от 75 до 300 А.
Если обмотка ОВ2 генератора имеет небольшое чис-
ло витков и включена так, что является подмагничива-
ющей, т. е. поток Ф2 направлен согласно с потоком Ф1 и
компенсирует поток реакции якоря, то напряжение ге-
нератора мало изменяется при изменении сварочного
тока. Режим сварки регулируют реостатом 7?рег в цепи
обмотки OBI. По такой схеме выполнены однопостовые
преобразователи типа ПСГ на токи 350 и 500 А с жест-
кими характеристиками, предназначенные для сварки в
защитных газах. Например, пределы регулирования на-
пряжения и тока у преобразователя ПСГ-300 составля-
ют от 15 до 35 В и от 50 до 350 А.
У некоторых типов преобразователей возможно пере-
ключение полярности обмотки ОВ2 генератора (напри-
мер, у однопостового универсального преобразователя
ПСУ-500 на ток 500 А). Такой преобразователь дает
как падающие, так и жесткие внешние характеристики,
89
он пригоден для ручной дуговой сварки и для сварки в
защитных газах.
Генератор с самовозбуждением (рис. 2-7,6), выпол-
ненный с размагничивающей обмоткой ОВ2, имеет па-
дающие характеристики (например, генератор одно-
постового преобразователя ПС-1000 на 1000 А для
автоматической сварки под флюсом). Сварочный ток
регулируется реостатом Rper в цепи параллельной
обмотки возбуждения ОВ1. Пределы регулирования
тока — от 300 до 1200 А, Номинальное напряжение
45 В.
По схеме на рис. 2-7,6 с подмагничивающей обмот-
кой ОВ2 выпоняют генераторы многопостовых преоб-
разователей. Такой генератор имеет очень жесткую
внешнюю характеристику} его напряжение практически
не изменяется при изменении тока. Так, например, пре-
образователь ПСМ-1000 рассчитан на одновременное
питание девяти или шести постов с максимальным током
поСта 200 или 300 А, Преобразователь снабжается комп-
лектом из девяти или шести балластных реостатов
Приводной асинхронный двигатель имеет мощность
75 кВт.
В настоящее время машинные сварочные преобразо-
ватели постоянного тока вытесняются полупроводнико-
выми сварочными выпрямителями.
Сварочные выпрямители весьма многообразны по
конструкциям, электрическим схемам и назначению.
Можно выделить две основные разновидности свароч-
ных выпрямителей: с неуправляемыми вентилями и с
тиристорами. Независимо от конкретных особенностей
типов выпрямителей каждый из них имеет следующие
основные узлы: понижающий сухой трехфазный транс-
форматор; выпрямительный блок; пускорегулирующую
и защитную аппаратуру; принудительную воздушную
вентиляцию (в большинстве случаев). Все выпрямители
подключаются к сети 220 или 380 В.
Сварочные выпрямители с неуправляемыми вентиля-
ми делятся на однопостовые и многопостов^е, причем
однопостовые выпрямители изготовляются с селеновы-
ми или кремниевыми вентилями, многопостовые — с
кремниевыми. Большинство однопостовых выпрямителей
имеет крутопадающие внешние характеристики; отдель-
ные типы выполнены с пологопадающими и жесткими
характеристиками.
Рис. 2-8. Электрическая схема вы-
прямителя ВСС-300-3.
Упрощенная принципиальная электрическая схема
сварочного выпрямителя ВСС-300-3 на номинальный
сварочный ток 300 А при ПРВом=®65% приведена на
рис. 2-8. Вентильный (выпрямительный) блок ВБ со-
бран из селеновых вентилей. Силовой трансформатор с
повышенным рассеянием ТрС выполнен с подвижными
катушками вторичных обмоток. Это позволяет плавно
регулировать свароч-
ный ток в общих пре-
делах о“г 35 до 330 А
при двух диапазонах
ступенчатого регули-
рования. -Последнее
осуществляется пере-
ключением первичных
и вторичных обмоток
от схемы звезда — звез-
да на схему треуголь-
ник — треугольник. На-
пряжение холостого
хода выпрямителя
6/вО=58—65 В, номи-
нальное напряжение
Vв,ном— 25 В. Выпря-
митель предназначен
для однопостовой руч-
ной дуговой сварки и
имеет крутопадающую характеристику.
Аналогичные схемы, назначение и характеристики
имеют выпрямители типа BCG на ток 120 А, типа ВКС
иа токи 120 и 300 А с кремниевыми диодами, а также
нового типа ВД иа 300 А. Эти выпрямители оснащены
переключателями диапазонов. На рис. 2-9 приведены в
качестве примера внешние характеристики выпрямителя
ВД-ЗОЗ. Рабочее напряжение UB на зажимах выпрями-
теля определяется в зависимости от тока /св соотноше-
нием 171=20-|-0,04/св.
Однопостовые сварочные выпрямители с пологопа-
дающими и жесткими внешними характеристиками (на-
пример, типа ВС) предназначены для сварки плавя-
щимся электродом в среде защитных газов, а выпрями-
тели на токи 500 и 1000 А — также для автоматической
сварки под флюсом. Принцип пбстроения схемы выпря-
мителя типа ВС иллюстрируется рис. 2-10. Выпрямитель
91
состоит из силового трехфазного трансформатора ТрС
и вентильного блока ВБ, собранного на селеновых вен-
тилях. Для ограничения скорости нарастания тока при
к. з. электрода включен дроссель Др. Регулирование
выпрямленного напряжения осуществляется путем сту-
пенчатого переключения отпаек первичной обмотки
каждой фазы трансформатора ТрС.
Рис. 2-9. Внешние характеристики выпрямителя ВД-ЗОЗ.
1 н 2— прн сдвинутых катушках; 3 и 4— при раздвинутых катушках; 1 и 3—
диапазон больших токов; 2 и 4 — диапазон малых токов, $ — рабочие напря-
жения в общем диапазоне 45—300 А.
Рис. 2-10. Поясняющая электрическая схема выпрямителя типа ВС.
Многопостовые сварочные выпрямители для ручной
дуговой сварки типов ВКСМ-1000 на 1000 Ан ВДМ-1600
на 1600 А с кремниевыми вентилями имеют жесткие
внешние характеристики. Электрическая схема силовых
блоков выпрямителя ВКСМ приведена на рис. 2-11. Вен-
тильный блок ВБ собран по так называемой кольцевой
шестифазной схеме. Трансформатор ТрС имеет два трех-
фазных комплекта вторичных обмоток. Первичные
обмотки ТрС соединены в треугольник. Переключателем
П. можно переключать отпайки обмоток, что дает воз-
можность повышать вторичное напряжение на 5% для
получения ' номинального выпрямленного напряжения
при пониженном напряжении сети. Выпрямители
ВКСМ-1000 и ВДМ-1600 мало отличаются друг от дру-
га.’ Больший ток ВДМ-1600 обусловлен параллельным
«2
соединением трех вентилей в каждой фазе. Получение
падающих характеристик и регулирование тока свароч-
ных постов обеспечивается балластными реостатами,
поставляемыми комплектно с выпрямителем.
Сварочные Тиристорные выпрямители являются
наиболее совершенными источниками сварочного тока.
Рис. 2-11. Электрическая схема силовых блоков сварочного выпря-
мителя ВКСМ-1000. ।
Однопостовые универсальные выпрямители типов
ВДУ-504, ВДУ-1001 и ВДУ-1601 обеспечивают разно-
образные сварочные операции. Выпрямители обладают
и крутопадающими, и жесткими характеристиками.
Общий вид сварочного выпрямителя ВДУ-504 (номи-
нальный сварочный ток 500 А при ПВНом=60%) пока-
зан на рис. 2-12. Выпрямитель помещен в кожух и смон-
тирован на тележке /. Сеть 380 В подключается к пане-
ли зайсимов 10 со стороны задней решетки тележки. На
этой панели находится и фильтр для защиты- от помех
радиоприему, создаваемых при сварке. Защита выпря-
мителя от к.3, осуществляется автоматическим выклю-
93
чателем 8. Присоединение сварочного кабеля произво-
дится к гнездам 22 специальными разъемами. В свароч-
ную цепь включается также дроссель 6. Первичные
обмотки трехфазного силового трансформатора 2 мож-„
но соединять в звезду или треугольник при помощи пе-
реключателя 9,
Силовой вентильный блок <5 состоит из шести тири-
сторов, собранных пЪ шестифазной схеме с уравнитель-
ным реактором 7. Для охлаждения тиристоров служит
вентилятор 5 с приводным асинхронным двигателем 4.
Двигатель защищен плавкими предохранителями 20,
Для оперативного включения и отключения выпрямите-
ля служат контакторы (магнитные пускатели) 19, На
передней стороне выпрямителя расположен блок управ-
ления И. В нем находится аппаратура системы импуль-
сно-фазового управления тиристорами, а на лицевой па-
94
- вели блока установлены: пусковая кнопка 15, кнопка
останова 16, амперметр сварочного тока 14, вольтметр
сварочного напряжения 13, сигнальная лампа 18, пока-
. зывающая наличие напряжения на выпрямителе; пере-
ключатель внешних характеристик 12, аварийная кноп-
ка 17 (Стоп). Выпрямитель имеет также кнопочную
станцию 21 для дистанционного включения выпрямителя.
Электрическая схема выпрямителя ВДУ-504 в упрощенном вид»
представлена на рис. 2-13, а. Напряжение на схему подается после
включения автоматического выключателя ВА. После нажатия на
кнопку КнП (Пуск) срабатывает контактор ЛЛ1 двигателя ДВ вен-
тилятора. При нормальной работе вентилятора от потока воздуха
включится ветровое реле РВ, что приведет к срабатыванию контак-
тора КЛ2 и включению сварочного трансформатора ТрС. Одновре-
менно с включением двигателя ДВ подается напряжение на транс-
форматоры управления ТрУ1 и ТрУ2. а следовательно, на блок им-
пульсно-фазового управления БИФУ тиристорами Т1—Тб, блок
питания БП, блок управления СУ и в цепь питания датчика ДТ
сварочного тока. Тем самым будет подано шестифазное напряжение
95
киса
9.1.4 Электоическая схема выпрямителя ВДУ-504 (а) и его внешние характеристики (б)
И?-'
ва выпрямительную схему, в силовую часть которой Ьходят тнрнсто-
Е'/яы силового вентильного блока СВБ, уравнительный реактор РУ я
Сглаживающий реактор PC в цепи сварочного тока, Выпрямитель
Ev.iWTOB к работе.
Схема предусматривает возможность сварочных работ с падаю-
щими или жесткими характеристиками. Выбор вида характеристик
производится переключателем ПУ на два положения! П (падающие)
и Ж (жесткие). Для жестких характеристик имеется два диапазона:
1—при £/,==50-5-24 В (для тока /св,ном= 500 А); II — прн £/в—25+
' +15 (также при /с».иом=500 А). Для диапазона 1 переключатель
диапазонов ПД устанавливается в положение I, что отвечает со-
единению первичных обмоток ТрС В треугольник. Положение II
Переключателя соответствует диапазону II, при котором первичные
обмотки ТрС соединяются в звезду. Одновременно переключаются
в звезду и первидиые обмотки трансформатора ТрУ! для сохране-
ния фазировки системы управления тиристорами. Для падающих
характеристик используется только диапазон А
При работе с падающими характеристиками (ПУ. находится в
положении II) нужный вид характеристик обеспечивается иалнчиеЫ~
отрицательной обратной сцязн по сварочному току 1а. Датчик тока
ДТ представляет собой магнитный усилитель МУ с рабочими обмот-
ками, питающимися от трансформатора ТрУ2, н выходом иа посто-
янном токе (через выпрямитель Вп и фильтр R, С). Обмотка под-
магничивания усилителя включена в цепь сварочного тока.
Напряжение обратной связи U0.c, примерно пропорциональное
; току 1св, подается в блок управления БУ. Здесь разность напряже-
ния задания £/,.п (для падающих характеристик), снимаемого с по-
тенциометра Рз, и напряжения £/„,« подается на базу транзистора Т.
Напряжение управления £/у на входе блфка БИФУ (величина Ut
определяет угол отпирания тиристоров, а с ним и значение выпрям-
ленного напряжения [/„) равно разности напряжения смещения С/ом,
снимаемого с резистора R6, и напряжения £/ перехода эмиттер—кол-
лектор транзистора Т, т. е. Ut = UCM—UK. В свою очередь, напря-
жение (А есть усиленное транзистором напряжение базы £/в =
При малых токах /« напряжение £/0.а также мало, £/в«£А.п, и
транзистор практически полностью открыт (UKxtQ). Поэтому Ujtv
«С/си, что отвечает наибольшему выпрямленному напряжению £А-
По море увеличения £«а напряжение I/ уменьшается, транзистор
порт о закрывается, значение £/я растет, что н приводит к
( уменьшению выпрямленного напряжения Ut тем сильнее, чем боль-
IuMLto* 1ы. Изменяя £/а>п, можно получить семейство падающих ха- *
рмтернстик £/» •= ((£«>), изображенное на рис, 2-13.6.
» Д.и получения жестких характеристик 1/а«Ше>) переключа-
. ль ПУ ставится в положение Ж. Датчик тока ДТ и транзистор Т
гклгёчаются. На вход БИФУ теперь поступает только напряжение
|да1гия для жестких характеристик £/»,ш с потенциометра Дз, т.е.
I (/&'£/.,», значение которого определяет положение жесткой ха-
иктернстики. Семейства таких характеристик для обоих диапазонов
и II показаны на рис. 2-13, б.
J Защита выпрямителя при к.з. осуществляется электромагнит-
ен расцепителем автоматического выключателя ВА. Двигатель вен-
илятора и схема управления защищаются плавкими предохраните-
ntkii Пр. Для защиты выпрямителя от перегрузок применены теп-
i&e реле РТ. Защита тиристоров от коммутационно перенапря-
12 W
" -
жений обеспечивается ючк КС (на схеме не показаны). На
входе схемы включены конденсаторы фильтра защиты от помех
радиоприему С*. При нажатая на аварийную кнопку КкСА (Стоп)
срабатывает независимый расцепитель РНВА, отличающий выклю-
чатель BAi
Сварочные выпрямители ВДУ-1001 и ВДУ-1601 >на токи 1000 и
1600 А предназначены для сварки металлов в среде защитных га-
зов и под флюсом на автоматах н полуавтоматах. Силовые блоки
Ж
Рнс. 2-14. Схема поста А-547Р для полуавтоматической сварки в сре-
де углекислого газа.
этих выпрямителей выполнены по кольцевой схеме аналогично схе-
ме на рис. 2-11. Обмотки силового трансформатора не переключа-
ются. Схемы управления ВДУ-1001 и ВДУ-1601 в отличие от
ВДУ-504 предусматривают при работе на жестких характеристиках
стабилизацию выпрямленного напряжения с помощью отрицатель-
ной обратной связи по напряжению.
J-3. УСТАНОВКИ ДУГОВОЙ СВАРКИ
Рассмотрим конструктивное оформление и электро-
оборудование некоторых типичных установок дуговой
сварки.
Ручная дуговая сварка. Электрооборудование сва-
рочного поста состоит из источника тока (сварочного
трансформатора, генератора или выпрямителя с пада-
ющими характеристиками), осциллятора (при необходи-
мости), сварочных лроводов н электрододержателя, Гиб-
~ в-. л • с- ’ ‘ • *•
98
К кие сварочные провода марок ПРГ или ПРГН, единар-
К ные или двойные, длиной не более 30 и служат дли под-
В» вода тока от источника к свариваемой Детали и элек-
трододержателю. Для присоединения провода к детали
i применяют винтовые аажимы типа струбцин, в которые
В конец провода-впаивают твердым припоем. Сварочный
к* ток /Ов выбирают в зависимости от марки и диаметра
В' электрода da с учетом положения сварного шва в про-
В, страистве, вида соединения, толщины и химического со-
№ става свариваемого металла. Ориентировочно Ья-ЫМ*
Полуавтоматическая сварка в углекислом газе. Схе-
к ма поста о полуавтоматом А-Б47Р для сварки тонкого
металла (толщиной до 3 мм) электродной проволокой
cde«»0,84-1,0 мм постоянным током обратной полярно-
Г" сти приведена на phc. 2-14. На рабочем месте сварщика
В располагается газоэлектрическая горелка 1 с гибким
шлангом, подающий механизм 2, щиток 4 сварщика с
V пусковой кнопкой 8. Газ в горелку 1 поступает из бал-
L лона 10 с жидкой углекислотой через подогреватель га-
за 9, осушитель газа 8, редуктор / и переходный шту-
цер 6 с манометром 5. На корпусе источника сварочного
тока 11 размещен пульт управления 12. В качестве ис-
точника тока о жесткой характеристикой используются
генераторы типов ПСТ, ПС или ПСУ, выпрямители ти-
пов ВДУ и ВС (на рис. 2-14 показан выпрямитель ти-
па ВС).
Механизм подачи электродной проволоки констру-
ктивно оформлен в виде чемодана, в котором находятся
основные узлы механизма: двигатель постоянного тока,
редуктор, катушка для проволоки, направляющие ро-
лики для подачи проволоки. Скорость подачи регулиру-
ется двумя способами: плавно изменением частоты
вращения двигателя и ступенчато сменой подающих
роликов. Гибкий шланг присоединен к механизму пода-
чи через специальный токосъемник и имеет внутри иа-
3>авляющий проволоку канал со стальной спиралью,
а другом конце шланга укреплена горелка.
Принципиальная электрическая схема полуавтома-
та А-547Р показана на рис. 2-15. Двигатель Д смешан-
‘ V него возбуждения (обмотки ОВ1 и ОВ2) и последрва-
тельная обмотка электромагнитной муфты сцепления
С5' ЭМ подключаются к источнику питания ИСТ контак-
товом КС. Двигатель работает с постоянно введенным
Ж цепь якоря резистором К. регулирование частоту вра-
тени я двигателя производится реостатом jRper в цепи
параллельной обмотки возбуждения ОВ1. Напряжение
на схему, в том числе и на подогреватель газа ПТ, по-
дается выключателем В. Контроль за режимом сварки
осуществляется по вольтметру V и амперметру А, уста-
новленным вместе с реостатом /?рег и выключателем В
на пульте управления.
Рис. 2-15. Электрическая схема полуавтомата А-547Р.
После замыкания ^электродной проволоки на изде-
лие и нажатия на кнопку КкП включается контактор
КС. Сварочная цепь замыкается, включаются электро-
двигатель Д и электромагнитная муфта ЭМ, сцепля-
ющая валы двигателя и редуктора. Начинается подача
электродной проволоки с постоянной скоростью в зону
дуги и устойчивый процесс сварки. При отпускании
кнопки КнП контакт КС размыкается, протекание сва-
рочного тока прекращается, отключаются муфта ЭМ
и двигатель Д.
Применяют также полуавтоматы других типов, в том
числе ранцевый полуавтомат ПДГ-302 из новой унифи-
цированной серии ПДГ, у которого подающий механизм
расположен в ранце сварщика. Масса ранца около 5 кг.
Полуавтоматы серии ПДГ изготовляются с пода-
ющим механизмом, регулируемый электропривод по-
стоянного тока которого выполнен по системе тиристор-
ный преобразователь — двигатель. Подающий механизм
может быть установлен на тележке или на турели с по-
воротом на 360°, что позволяет вести сварку на расстоя-
нии до 3 м от места расположения автомата.
100
Автоматическая сварка под флюсом. К основному оборудова-
нию установок автоматической сварки под слоем флюса относятся;
источники питания, шкаф управления, гибкие провода, сварочние
аппараты—подвесные сварочные головки (неподвижные н само-
ходные) н сварочные тракторы.
Наибольшее распространение получили универсальные сВароч- .
ные тракторы (рис. 2-16). Сварочный трактор представляет собой
самоходную каретку 1 с механизмом передвижения 2, на которой
Рис. 2-16. Сварочный трактор.
i f смонтированы сварочная головка 3 с механизмом подачн электрод-
ной проволоки, пульт управления 7, кассета в для электродной про-
волоки, бункер 6 для флюса и светоуказатель 5. Вдоль шва трактор
ф, движется непосредственно по свариваемым деталям или по специ-
альиым легким направляющим. Для контроля за движением тракто-
ра служит светоуказатель 5. Флюс высыпается в зону сварки через
воровку 4, внутри которой расположен направляющий мундштук
для электродной проволоки. Показанный иа рис. 2-16 сварочный
трактор относится к новой унифицированной серии автоматов АДФ
'Ь для сварки постоянным и переменным током под флюсом. В пульте
. управления 7 размещено все электрооборудование для приводов
Кг подачи проволоки и перемещения каретки. Приводы выполнены о
4,W' двигателями постоянного тока с тиристорным и транзисторным уп-
равлением.
'4,,'?. Сварочные тракторы других типов выполнены примерно по той
же конструктивной схеме, но все оборудование для управления при-
!'.<водами размещается в отдельном шкафу управления. Имеются так-
*?•' же сварочные тракторы с приводами от двух асинхронных двнга-
Лм телей ц с одним двигателем на оба привода.
Автоматические сварочные головки н сварочные тракторы долж-
ны обеспечивать устойчивый режим сварки, для чего необходимо
101
равенство между скоростью подачи электродной проволоки и ско-
ростью ее плавления. Различают автоматы с постоянной скоростью
подачи проволоки (такой вариант получил наибольшее распростри-,
иение) н с автоматическим регулированием скорости подачи прово-
локи в зависимости от длины дуги или напряжения иа дуге, посколь-
ку для сварки под флюсом эти величины пропорциональны друг дру-
гу [см. формулу (2-1)}.
При постоянной скорости подачи используется свойство саморе-
гулирования электрической дуги. Например, с увеличением длины ду-
ги сварочный ток уменьшается, а следовательно, уменьшается н ско-
рость плавления проволоки, что приводит к восстановлению прежней
длины дуги. Поэтому при постоянной скорости подачи целесообразно
применять источники питания с пологопадающей или даже с жесткой
внешней характеристикой; это повышает интенсивность саморегули-
рования дуги.
У варианта автоматического регулирования скорости подачн про-
волоки по напряжению на дуге процесс восстановления режима про-
текает иначе. Здесь необходим источник с крутопадающими внешними
характеристиками. При увеличении, например, напряжения на дуге
система управления приводом подачи обеспечивает такое увеличение
скорости подачи, при которой восстанавливается прежнее напряже-
ние дуги. С этой целью привод подачи нужно выполнять с питанием
двигателя от управляемого преобразователя (генератора, тиристорно-
го преобразователя и др.) и обратной отрицательной связью по на-
пряжению дуги. Такая система получается, конечно, намного слож-
нее системы с постоянной скоростью подачи проволоки, в которой
можно использовать асинхронный двигатель с короткозамкнутым
ротором н с механическим ступенчатым регулированием скорости
подачи для установки разных значений этой скорости.
2-4. УСТАНОВКИ КОНТАКТНОЙ СВАРКИ
Принципы контактной сварки описаны в § 2-1. Как
пример установки контактной сварки, рассмотрим ма-
шину типа МШ-3201 для роликовой (шовной) сварки.
На рис. 2-17 показан ее общий вид. Машина предназ-
начена для сварки изделий из стали как поперечными,
так и продольными швами (при небольшой переналад-
ке). Номинальная мощность машины 354 кВ-А, пита-
ние от сети 380 В, номинальный сварочный ток 32 кА
при вторичном напряжении 8,56 В и ПВНоы=50%.
Машина состоит из следующих узлов: сварной ста-
нины 3, направляющего устройства Р, пневматического
Привода сжатия 10, верхнего 8 и нижнего б роликовых
электродных устройств; нижнего кронштейна 4 с токо-
подводом 5, верхнего токоподвода с гибкими шинами
7, привода вращения верхнего ролика с асинхронным
двигателем 18, электромагнитной муфтой скольжения
17, втулочно-пальцевой муфтой 13, тахогенератором 14,
редуктором 12 и карданным валом 11, блока управле-
102
ния 2 приводом вращения и переключателя скорости/5,
панели управления 16 сварочным циклом, сварочного
трансформатора 19, игнитронного прерывателя 1 сва-
рочного тока. Ролики машины, сварочный Трансфор-
матор, токоподводы и игнитроны охлаждаются про-
точной водой.
Рис. 2-17. Машина для шовной сварки МШ-3201.
Сварочный трансформатор—однофазный, со сту-
пенчатым регулированием напряжения на вторичной
стороне путем переключения отпаек первичной обмотки.
Угловую скорость роликов регулируют, соответственно
изменяя угловую скорость ротора электромагнитной
муфты скольжения. Это обеспечивается автоматическим
регулированием тока возбуждения муфты в функции
угловой скорости ее ротора, задаваемой тахогенерато-
ром.
103
Большинство машин контактной сварки переменного
тока — однофазные. Их сварочные трансформаторы
имеют магнитопроводы стержневого или броневого ти-
па, набранные из пластин или витые из холоднокатаной
ленты. Первичная обмотка трансформатора — дисковая
из медного провода, изолированного стекловолокном.
Вторичная обмотка представляет собой один виток или
Ряс. 2-18. Принципиальные схемы силовых цепей машин контактной
сварки.
несколько витков, соединенных параллельно. Конструк-
тивно вторичная обмотка может быть выполнена по-раз-
ному. Ее витки изготовляют литыми из алюминиевого
сплава с внутренней стальной трубкой для охлаждаю-
щей воды, сварными из медных полос или цельноштам-
пованными из медных листов с припаянными, по пери-
метру витков медными трубками для охлаждения воды.
Параллельные витки соединены между собой при по-
мощи медных контактных колодок. Обмотки трансфор-
матора после сборки заливают эпоксидным компаундом.
Для получения высококачественной точечной или
шовной сварки при высокой производительности необ-
ходимо выдерживать заданное значение сварочного то-
ка, строго определенное время е»о протекания н время
паузы для каждого цикла сварки. Это достигается при
104
помощи регуляторов цикла сварки и контакторов, вклю-
чающих и отключающих сварочный ток. Коммутация
тока производится в цепи первичной обмотки свароч-
ного трансформатора. В современных машинах приме-
няются, как правило, не электромагнитные, а статичес-
кие контакторы; игнитронные и тиристорные.
. На рис. 2-18, а приве-
дена упрощенная схема
силовой цепи машины
контактной сварки с од-
нофазным трансформа-
тором ТрС и игнитрон-
ным контактором, кото-
рый состоит из двух
встречно > параллельно
включенных игнитронов
И1 и И2. Для управле-
ния поджиганием игни-
Рис. 2-19. Принципиальная элект-
рическая схема электронного ре-
гулятора времени сварки.
тронов служит блок
БУП. В общем случае игнитронный контактор позволя-
ет не только включать и отключать цепь тока, но и ре-
гулировать сварочный ток путем изменения фазы пода-
чи поджигающих импульсов игнитронов И1 и М2 отно-
сительно начала полуволн их анодных напряжений,
т.е.угла а=аи1 =аи2 (рис. 2-18, в). Чем больше угол а,
тем меньшее напряжение Ui (первая гармоника) прикла-
дывается к первичной обмотке трансформатора ТрС, а
значит, тем меньше будут напряжение и ток вторичной
обмотки. Поджигание игнитронов производится при по-
мощи схем БУП с тиристорами [11]. В современных
машинах все больше применение находят тиристорные
контакторы (рис. 2-18,6). Они надежнее игнитронных
контакторов и удобнее в эксплуатации.
Схема простейшего регулятора одной операции «Им-
пульс» сварочного цикла, т.е. времени протекания сва-
рочного тока, показана на рис. 2-19. Регулятор пред-
ставляет собой электронное рёле времени на триоде Т.
При нажатии пусковой кнопки КнП включается реле
РП2, своими контактами блокирует кнопку и воздёй- ,
ствует иа командные цепи КЦ, в том числе и на цепи
включения поджигания игнитронов (см. рис. 2-18, а).
Происходит включение сварочного тока. Еще до нажа-
тия на кнопку КнП конденсатор С заряжался сеточным
•током триода Т по цепи через контакт РП1 и катушку
106
РП2 в те полупериоды, когда зажим питания положи-
телен по отношению к катоду триода. С момента замы-
кания контакта кнопки КнП начнется разряд конден-
сатора С на реостат R. При этом триод Т будет заперт,
так как его сетка отрицательна по отношению к катоду.
По мере разряда конденсатора отрицательный потен-
циал сетки уменьшается и через некоторое время станет
равным потенциалу отпирания триода. Появится анод-
ный ток триода и сработает реле РП1, которое отклю-
чит реле РП2. Это приведет к прекращению протекания
сварочного тока и снятию воздействия на другие коман-
дные цепи. Схема подготовляется к выполнению по-
вторной операции. Регулирование выдержки времени
реле осуществляется изменением темпа спадания тока
разряда конденсатора С при помощи реостата R. В
таком виде схема используется для машин точечной
сварки. Очевидно, что при помощи двух 'реле времени
можно составить схему регулятора двух операций сва-
рочного цикла: «Импульс» и «Пауза» для машин шов-
ной сварки.
В современных машинах точечной и шовной сварки
Применяются регуляторы сварочного цикла, построен-
ные на бесконтактных логических элементах. Схема та-
кого регулятора работает на принципе отсчета задан-
ного числа тактовых импульсов, вырабатываемых в на-
чале каждой полусинусоиды (положительной и
отрицательной) однофазного напряжения питания ма-
шины, т.е. имеющих частоту 100 Гц. Следовательно,ин-
тервал между импульсами равен 0,01 с. В момент, когда
число отсчитанных импульсов будет равно заданному
их числу (т.е. по истечении заданного времени операции
«Импульс» или соответственно «Пауза»), счетная схема
выдает команды на отключение или включение стати-
ческого контактора [Н].
Глава третья
ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ МОСТОВЫХ КРАНОВ
3-1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О МОСТОВЫХ КРАНАХ
Кранами называются грузоподъемные устройства,
служащие для вертикального и горизонтального переме-
щения грузов иа небольшие расстояния. По особенно-
стям конструкции, связанным с назначением и условия-
ми работы, краны разделяются на мостовые, порталь-
ные, козловые, башенные и др. В цехах предприятий
электромашиностроения наибольшее распространение
получили мостовые краны, с помощью которых произво-
дятся подъем и опускание тяжелых заготовок, деталей и
узлов машин, а также их перемещение вдоль и поперек
цеха. Вид мостового крана в основном определяется спе-
цификой цеха и его технологией, однако многие узлы кра-
нового оборудования, например механизмы подъема и
передвижения, выполняются однотипными для различ-
ных разновидностей кранов.
На рис. 3-1 доказан общий вид нормального (крюко-
вого) мостового крана. Несущая сварная конструкция
крана представляет собой мост с двумя главными балка-
ми 25 коробчатого сечения (или с решетчатыми ферма-
ми), перекинутыми через пролет цеха, и концевыми бал-
ками 2 и 13, на которых установлены ходовые колеса 15.
Колеса перемещаются по рельсам 16 подкранового пути,
закрепленным на балках опорных конструкций 1 в верх-
ней части цеха. Привод ходовых колес осуществляется от
электродвигателя 19 через редуктор 14 и трансмиссион-
ный вал 18.
Вдоль моста проложены рельсы 20, по которым на
колесах 12, приводимых во вращение электродвигателем
9 через редуктор 10, перемещается тележка 5 с подъем-
ной лебедкой. На барабан 6 лебедки наматываются
подъемные канаты 24 с подвешенным к ним иа блоках
22 крюком 23 для захвата грузов. Барабан приводится
во вращение электродвигателем 7 через редуктор 8.
Управление работой механизмов крана производится
из кабины 27 оператора-крановщика, в которой установ-
лены контроллеры или комаидоконтроллеры 26—орга-
ны ручного управления электроприводами механизмов.
Электроаппаратура управления приводами размещается
в шкафах 4, установленных на мосту крана. Здесь же
располагаются ящики резисторов 21. Для проведения
операций обслуживания механизмов и электрооборудо-
вания предусмотрен выход на мост из кабины через
Люк 3.
Электроэнергия к крану подводится при помощи
скользящих токосъемников от главных троллеев 17, уло-
женных вдоль подкранового пути. Для подвода питания
к электрооборудованию, размещенному на тележке 5,
107
служат вспомогательные троллеи 11, идущие вдоль мо-
ста.
В зависимости от вида транспортируемых грузов на
мостовых кранах используют различные грузозахваты-
вающие устройства: крюки, магниты, грейферы, клещи
и т, п. В связи с этим различают краны крюковые, маг-
нитные, грейферные, клещевые и т. д. Наибольшее рас-
Ряс. 3-1. Общий вид мостового крюкового крана.
пространение получили краны с крюковой подвеской
или с подъемным электромагнитом, служащим для тран-
спортировки стальных листов, скрапа, стружки и других
ферромагнитных материалов. Питание электромагнита,
подвешиваемого к крюку, осуществляется с помощью
гибкого кабеля, для намотки которого на кране установ-
лен кабельный барабан, приводимый во вращение через
передачу от барабана лебедки.
У всех типов кранов основными механизмами дл,я
перемещения грузов являются подъемные лебедки и ме-
ханизмы передвижения. Это позволяет выделить ряд об-
щих вопросов электропривода кранов: расчет статиче-
ских нагрузок, выбор двигателей по мощности, анализ
режимов работы, выбор системы электропривода и дру-
гие.
На рис. 3-2 изображены кинематические схемы меха-
низмов мостовых кранов. Так как двигатели обычно имё«
ют угловую скорость, значительно большую, чем ско-
рость подъемного барабана или ходовых колес моста
(тележки), то движение к рабочим органам механизмов
крана передается через редукторы. Для механизмов подъ-
ема наибольшее применение получили схемы с полиспа-
стом П (рис. 3-2, а), при помощи которого движение от
барабана Б передается крюку К. У полиспаста на схеме
108
рис. 3-2, а передаточное число равно 4. На рис. 3-2, в
представлена схема механизма тележки, которая обычно
имеет четыре ходовых колеса. Два из нихг соединенные
валом, приводятся в движение через редуктор Р от дви-
Рис. 3-2. Кинематические схемы механизмов мостовых кранов подъ-
ема (а), передвижения тележки (в), передвижения моста с общим
и раздельным приводом ходовых колес (а) и (<Э) и кривые зависи-
мости КПД крановых механизмов от нагрузки (б).
гателя Д. Передача движения к ходовым колесам кон-
цевых балок от двигателя, установленного на мосту, может
осуществляться через редуктор, расположенный в сред-
ней части моста (рис. 3-2, г}. Широко применяется также
схема механизма передвижения моста с раздельным при-
109
водой ходовых колес (рис. 3-2, д). Каждый механизм
крана имеет механический тормоз Т, который устанавли-
вается на соединительной муфте между двигателем и ре-
дуктором илй на тормозном шкиве на противоположном
конце вала двигателя. Номинальные скорости движения
крюка 0,16—0,2 м/с, тележки 0,65—1 м/с, моста 2,0—
2,3 м/с.
По грузоподъемности мостовые краны условно разде-
ляют на Малые (масса груза 5—10 т), средние (10—
25 т) и крупные (свыше 50 т). Обычно на тележках мо-
стовых кранов грузоподъемностью свыше 15 т устанавли-
вают два механизма подъема: главный—для подъема
тяжелых грузов с малой скоростью, и вспомогательный—
для подъема легких грузов с большой скоростью (с со-
отношением грузоподъемности, например, 20/5, 30/5,
50/10 т). Вызвано это тем, что поднимать грузы малого
веса тяжелым крюком невыгодно, так как расходуется
лишняя электроэнергия, а производительность невысока.
3-2, РЕЖИМЫ РАБОТЫ И ОСОБЕННОСТИ ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ
КРАНОВ
Нагрузка кранов, как правило, изменяется в широ-
ких пределах! для механизмов подъема — от 0,12 до 1,0,
а для механизмов передвижения — от 0,5 до 1,0 номи-
нального значения. Характерно для кранов также то,
что их механизмы работают в повторно-краткорремен-
ном режиме, когда относительно непродолжительные пе-
риоды работы, связанные с перемещением грузов, чере-
дуются с небольшими паузами на загрузку или разгрузку
и закрепление груза. Поскольку на кранах применяется
многодвигательный привод, и двигатели через передачи
связаны с механизмами подъема или передвижения, то
они, как и другие элементы электрооборудования кранов,
работают также в повторно-кратковременном режиме
при большом числе включений в час.
Согласно действующим в СССР стандартам все кра-
ны по режимам работы механического и электрического
оборудования делятся на четыре категории,. определяю-
щие степень их использования, характер нагрузки и усло-
вия работы: Л—легкий режим работы, С —средний,
Т—тяжелый и ВТ —весьма тяжелый. Основными пока-
зателями, по Которым судят о режиме работы, являются
продолжительность включения двигателя механизма ПВ,
ПО
L l%, число включений двигателя в час h, коэффициенты
использования механизмов по Грузоподъемности k^, в
течение года kr и в течение суток &с:
\ ПВ = Гр-100/(Гр + /о);
^тр я тс^тном>
ftp = /1/365;
I kc = fi/24,-
/ где tP — время работы двигателя за цикл; to—суммарное
г время пауз за цикл; тс — масса груза, перемещаемого
Г за смену; таои — номинальная грузоподъемность; А —
число дней работы механизма в году; В — число часов
работы механизма в сутки.
При вычислении ПВ время цикла /ц—/Р+/о не дол-
жно превышать 10 мин.
Легкому режиму работы соответствуют ПВ=104-
i (4-15% и й=604-100 (строительно-монтажные краны),
среднему ПВ= 154-25% н й= 1204-200 (краны механи-
1- ческих и сборочных цехов машиностроительных заво-
дов), Тяжелому ПВ=254-40% и й=3004-400 (краны
производственных цехов и складов на заводах с крупно-
серийным производством), весьма тяжелому— ПВ=»
i«=404-60%' и Л=4004-600 (технологические краны ме-
таллургических заводов). Значения коэффициентов ис-
пользования приведены в [21].
Помимо тяжелых условий работы при большом числе
включений в час электрооборудование мостовых кранов
обычно находится в условиях тряски, высокой влажно-
сти воздуха, резких колебаний температуры и запылен-
ности помещений. Б связи с этим на кранах применяется
специальное электрооборудование, приспособленное к
условиям работы кранов и отличающееся повышенной
надежностью.
Основное крановое электрооборудование! электро-
двигатели, силовые, магнитные и командные контролле-
ры, пускорегулировочные резисторы, тормозные элек-
тромагниты, конечные выключатели и другие — в значи-
тельной степени стандартизовано. Поэтому различные
по конструкции краны комплектуются обычно таким
электрооборудованием по типовым схемам.
Электрооборудование мостовых кранов выполняется
и эксплуатируется в соответствии с «Правилами устрой-
ства и безопасной эксплуатации грузоподъемных кра-
111
нов*. Рабочее напряжение сети, питающей краны, не
должно превышать 500 В. В соответствии с этим на кра-
нах применяется электрооборудование на 220 или 380 В
переменного тока и 220 или 440 В постоянного тока. На-
пряжение 440 В используется только в силовых цепях
кранов большой грузоподъемности.
Для защиты питающих проводов и электродвигате-
лей от токов к. з. и значительных перегрузок (свыше
225%) на кранах предусматривается максимальная то-
ковая защита е помощью реле максимального тока или
автоматических выключателей. Плавкие предохранители
используют только для защиты цепей управления. Теп-
ловая защита на кранах обычно не применяется, так как
в условиях повторно-кратковременного режима работы
двигателей она может приводить к ложным отключениям.
Для предотвращения самозапуска двигателей, т. е. само-
произвольного пуска их при восстановлении напряжения
сети после перерыва в электроснабжении, в электриче-
ских схемах кранов используют совместно с «нулевой»
защитой блокировку нулевой позиции контроллеров.
Обязательным является наличие конечных выключате-
лей для автоматической остановки механизмов при под-
ходе их к крайним положениям. Для безопасности об-
служивания электрооборудования люк для выхода из
кабины на мост снабжается конечным выключателем,
снимающим напряжение со вспомогательных троллеев
при открывании люка. Все токоведущие части в кабине
крана полностью ограждаются. Механизмы кранов осна-
щаются тормозами замкнутого типа с электромагнитами,
которые автоматически растормаживают механизм при
включении и затормаживают его при отключении двига-
теля.'Металлоконструкции кранов и все металлические
части электрооборудования, которые могут оказаться
под напряжением из-за порчи изоляции, должны быть
заземлены. Соединение с контуром заземления цеха осу-
ществляется через подкрановые пути.
На рио. 3-3 в качестве примера првдедена структур-
ная схема одного из вариантов электрооборудования
мостового крана, работающего на переменном токе. Пи-
тание от цеховой сети подается на кран через главные
троллеи, к токосъемникам которых подключены находя-
щиеся в кабине защитная панель 15 и щиток 17 вспомо-
гательных цепей 18 (освещения и сигнализации) и 19
(аварийного освещения). В свою очередь к защитной
112
Рис. 3-3. Структурная схема электрооборудования мостового крана.
панели' подключены: а) через вспомогательные трол*
леи — электрооборудование, размещенное на тележке:
электродвигатель 1 и электромагнит тормоза 2 тележки,
электродвигатель 3 и электромагнит тормоза 4 подъема,
конечный выключатель подъема 5; б) электрооборудова-
ние, расположенное на мосту: электродвигатель 9 и
электромагнит тормоза 10 моста, шкаф 8 магнитного
контроллера привода подъема, пускотормозные резисто-
ры 11, конечные выключатели 6 (моета) и 7 (тележки);
в) органы управления работой крана: командоконтрол-
лер привода подъема 13, контроллеры 12 (привода те-
лежки) и 14 (привода моста), а также конечный выклю-
чатель люка кабины 16.
3-3. ТРЕБОВАНИЯ К ЭЛЕКТРОПРИВОДУ МЕХАНИЗМОВ КРАНА
Для выбора системы электропривода необходимо чет-
ко представлять себе технологические требования к при-
воду того механизма, для которого ои выбирается. Уста-
новление таких требований облегчает выбор оптималь-
ной системы электропривода, т. е. такой, которая наиболее
проста и дешева из всех систем, обеспечивающих же-
лаемые эксплуатационные показатели механизма.
Для качественного выполнения подъема, спуска и
перемещения грузов электропривод крановых механиз-
мов должен удовлетворять следующим основным требо-
ваниям:
1. Регулирование угловой скорости двигателя всрав-
8-612 113
нительно широких пределах (для обычных кранов до
4:1, для специальных кранов — до 1011 и болёе) в свя-
зи с тем, что тяжелые грузы целесообразно перемещать
с меньщей скоростью, а пустой крюк или ненагруженную
тележку —с большей скоростью для увеличения произ-
водительности крана. Пониженные скорости необходимы
также для осуществления точной остановки транспорти-
руемых грузов с целью ограничения ударов при их по-
садке и облегчают работу оператора, так как не требу-
ют многократного повторения пусков для снижения сред-
ней скорости привода перед остановкой механизма.
2. Обеспечение необходимой жесткости механических
характеристик привода, особенно регулировочных, с тем
чтобы низкие скорости почти не зависели от груза.
3. Ограничение ускорений до допустимых пределов
при минимальной длительности переходных процессов.
Первое условие связано с ослаблением ударов в меха-
нических передачах при выборе зазора, с предотвраще-
нием пробуксовки ходовых колес тележек и мостов, с
уменьшением раскачивания подвешенного на канатах
груза при интенсивном разгоне и резком торможении ме-
ханизмов передвижения; второе условие необходимо для
обеспечения высокой производительности крана.
4. Реверсирование электропривода и обеспечение его
работы как в двигательном, так и в тормозном режиме.
3-4. ВЫБОР РОДА ТОКА И ТИПА ЭЛЕКТРОПРИВОДА
Выбор рода тока для электрооборудования крана
имеет важное значение, поскольку с ним связаны такие
показатели, как технические возможности привода, ка-
। циталовложения и стоимость эксплуатационных расхо-
дов, масса и размеры оборудования, его надежность и
простота обслуживания.
Для привода крановых механизмов возможно приме-
нение различных двигателей и систем электропривода.
]Их выбор определяется грузоподъемностью, номиналь-
ной скоростью движения, требуемым диапазоном регу-
лирования скорости привода, жесткостью механических
характеристик, числом включения в час и др. В настоя-
•щее время на кранах чаще всего применяют простые си-
стемы электропривода, в которых двигатели получают
питание от сети переменного или постоянного тока не-
ги
изменного напряжения через пускорегулировочные ре*
зисторы.
Привод с асинхронными двигателями с к. з. ротором
применяется для механизмов кранов небольшой мощ-
ности (^10-w-15 кВт), работающих в легком режиме.
Если необходимо регулировать скорость или обеспечить
точную остановку механизма, то можно использовать
двух- или трехскоростные двигатели.
Наибольшее распространение на кранах получил
привод с асинхронными двигателями с фазным ротором
и ступенчатым регулированием угловой скорости путем
изменения сопротивления в цепи ротора. Такой привод
достаточно прост, надежен, допускает большое число
включений в час и применяется при средних и больших
мощностях. С помощью резисторов в цепи ротора можно
в широких пределах изменять момент прн пуске, полу-
чать желаемые ускорения и плавность пуска, уменьшать
токи и потери энергии в двигателе при переходных про-
цессах, а также получать пониженные угловые скорости.
Однако этот привод не обеспечивает необходимую жест-
кость регулировочных характеристик и устойчивую работу
при пониженных скоростях. Он неэкономичен вслед-
ствие значительных потерь энергии в пускорегулировоч-
ных сопротивлениях; кроме того, имеет место повышен-
ный износ двигателя, электромеханических тормозов и
контактной аппаратуры управления.
Если к электроприводу крановых механизмов предъ-
являются повышенные требования в отношении регули-
рования скорости, а также необходимо обеспечить низ-
кие устойчивые угловые скорости в различных режимах,
то применяют двигатели постоянного тока. Для механиз-
мов подъема приводы на постоянном токе с питанием
от сети обычно выполняются с двигателями последова-
тельного возбуждения, которые допускают большие пе-
регрузки по моменту и имеют мягкую естественную
характеристику, что позволяет поднимать н опускать лег-
кие грузы с повышенной скоростью. Двигатели парал-
лельного возбуждения применяют в тех случаях, когда
необходимо иметь достаточно жесткие механические ха-
рактеристики при низких угловых скоростях, а также
обеспечить работу двигателя на естественной характе-
ристике в генераторном режиме.
. Если требуется обеспечить повышенный диапазон ре-
гулирования скорости привода, ограничение стопорного
8*
116
момента и плавное протеканйё переходных процессов
двигателя при напряженном режиме работы кранового
механизма, то применяют регулируемый электропривод
по системе Г — Д. Использование такой системы при
больших мощностях двигателей позволяет облегчить
аппаратуру управления и повысить надежность работы
Привода.
Однако использование двигателей постоянного тока
влечет за собой необходимость преобразования пере-
менного тока в постоянный, что до недавнего времени
осуществлялось с помощью машинных преобразовате-
лей и связано о увеличением капитальных затрат, до-
полнительными потерями энергии и эксплуатационными
расходами.
На кранах получили некоторое распространение так-
же и сложные системы электроприводов с асинхронными
двигателями: с вихревым, тормозным генератором, с
дросселями насыщения, двухдвигательный привод с ре-
гулированием скорости путем наложения механических
характеристик и др. [21].
При выборе рода тока для конкретного случая необ-
ходимо проанализировать требования к приводу и воз-
можность нх выполнения существующими системами на
переменном токе.
С развитием силовой полупроводниковой техники от-
крываются новые возможности применения двигателей
постоянного и переменного тока в электроприводах кра-
новых механизмов с питанием of тиристорных преобра-
зователей, устанавливаемых непосредственно иа кранах
и подключаемых к сети переменного тока. Эти преобра-
зователи имеют высокие энергетические и экономические
показатели, повышенную механическую прочность и
долговечность, нетребовательны в эксплуатации.
При питании от общей сети переменного или посто-
янного тока для крановых электродвигателей применя-
ется контроллерное или контакторное управление. При
контроллерном управлении все переключения в главных
цепях двигателя производятся контактами силового кон-
троллера, управление которым, особенно при интенсивном
режиме работы, требует от крановщика значитель-
ных усилий и напряжения. Контакторное управление осу-
ществляется с помощью магнитного контроллера, состоя-
щего из командоконтроллера и контакторно-релейной
панели. Переключения в главных цепях двигателя про-
116
изводятся контакторами, а крановщик управляет коман-
де контроля ером. При контакторном управлении процес-
сы пуска, торможения и реверса автоматизируются, что
значительно облегчает условия работы крановщика в на-
пряженных режимах. В ряде случаев на одном кране це-
лесообразно применить как контроллерное управление
для механизмов с менее напряженным режимом работы,
так и контакторное управление — последнее обычно для
механизмов подъема.
3-5. РАСЧЕТ СТАТИЧЕСКИХ НАГРУЗОК ДВИГАТЕЛЕЙ
МЕХАНИЗМОВ КРАНОВ
Статические нагрузки двигателей кранов создаются
силами статического сопротивления, действующими в
крановых механизмах,— силами тяжести и трения. Рас-
смотрим типичные случаи определения приведенных к
валу двигателя статических нагрузок механизмов подъ-
ема и передвижения кранов.
Для механизма подъема характерен активный стати-
ческий момент, который направлен против движения при
подъеме груза и совпадает с ним по направлению при
спуске. Кроме того, в реальных механизмах всегда при-
сутствуют силы трения, создающие реактивный момент,
который возрастает при увеличении нагрузки механизма.
Статическая мощность Рс,п, кВт, на валу двигателя в
установившемся режиме при подъеме затрачивается па
перемещение груза и на преодоление потерь на трение:
Рс.п -== № + и0) КГЛ (3-1)
где G— сила тяжести поднимаемого груза, Н; Go — сила
тяжести грузозахватывающего устройства, Н; т) — общий
КПД подъемного механизма, определяемый по кривым
на рис. 3-2, б для соответствующих значений номиналь-
ной величины циом (при G—GB0M) и в зависимости от
степени загрузки механизма; ип — скорость подъема гру-
за, м/с.
Номинальные значения КПД крановых передач при
опорах иа подшипниках качения лежат в пределах: 0,8—
0,86— для механизмов подъема с цилиндрическими зуб-
чатыми колесами и 0,65—0,7 с червячной передачей;
0,8—0,9 и 0,65—0,75—соответственно для механизмов пе-
редвижения мостов и тележек.
111
При подъеме пустого крюка (грузозахватывающего
устройства) статическая мощность, кВт
(3-2)
где рпо — скорость подъема крюка, м/с; т>о — КПД меха-
низма при G=0.
В установившемся режиме спуска статическая мощ-
ность Рс,с, кВт, иа валу двигателя равна разности мощ-
ностей, обусловленных действием силы тяжести опускае-
мого груза Ргр, кВт, и сил трения в механизме Ргр, кВтз
Ргр = (6 + 60)ос.ЮЛ (3-3)
(3’4)
где ос—скорость спуска, м/с.
Различают силовой и тормозной спуск. Силовой
спуск имеет место при опускании пустого крюка или лег-
ких грузов, сила тяжести которых не способна преодо-
леть силы трения в механизме. В этих случаях Ргр^
^Ртр и опускание груза производится двигателем, кото-
рый создает движущий момент.
Мощность, развиваемая двигателем при силовом
спуске,
Pc.c = (G+<3e)eop----2)-10^,< (3-5)
где 1)^0,5, причем для спуска пустого крюка ос=ос0,
4=t|o, Рс,с=Рс,со.
Тормозной спуск применяется при опускании средних
И тяжелых грузов, когда Ртр>Ртр. Энергия направляется
с вала механизма к двигателю, который создает тормоз-
ной момент, предотвращая свободное падение груза и
ограничивая скорость спуска.
Мощность двигателя в этом режиме
Р0Л - (6+60) ос (2--У ЮЛ (3-5а)
\ Ч/
где я >0,5.
Для механизмов передвижения кранов, работающих
в закрытых помещениях, когда отсутствует ветровая на-
грузка, статический момент механизма обусловлен толь-
ко силами трения.
Статическая мощность Рс> кВт, на валу двигателя пе-
редвижения моста (тележки) в установившемся режиме
Ре - (°,+C«+ 0"<T))<K±j?><». юЛ (3-6)
*1м(т)
где А» — коэффициент, учитывающий увеличение сопро-
тивления движению из-за трения реборд ходовых колес
о рельсы (Ai =1,8-7-2,5); G, Go и См(т)— соответственно
сила тяжести перемещаемого груза, вахватывающего
устройства и моста с тележкой (или только тележки), Н;
»м(т) — скорость передвижения моста (тележки), м/с;
/?х,к—радиус ходового колеса, м; г—радиус шейки оси
ходового колеса, м; ц—коэффициент трения в опорах
ходовых колес; принимается равным 0,015—0,02 при
подшипниках качения и 0,08—0,15 при подшипниках
скольжения; f — коэффициент трения качения ходо-
вых колес по рельсам (принимается равным 0,0005—
0,0012); т]м(т)— КПД механизма передвижения моста
(тележки); определяется по кривым иа рис. 3-2,6, при
этом нужно вместо G принять сумму G-j-GM(T).
Статический момент Мс, Н-м, на валу двигателя.подъ-
ема (передвижения) может быть вычислен по формуле
Л1С==-^^-, (3-7)
где Рс — статическая мощность, подсчитанная по форму-
лам (3-1)—(3-6), кВт; v — скорость движения крюка или
моста (тележки), м/с; /? —радиус барабана подъемной
лебедки или ходового колеса, м; ip — передаточное чис-
ло редуктора механизма подъема или передвижения;
iD — передаточное число полиспаста.
Расчетная угловая скорость вала двигателя шдв,расч,
рад/с*, определяется заданной номинальной скоростью
движения механизма, т. е.
Фдв.расч ®нон Гр да (3-8)
Если на кране предполагается применить двигатели
постоянного тока последовательного возбуждения, то
при вычислении статических моментов по формуле (3-7)
необходимо учитывать изменение угловой скорости дви-
гателя при изменении его нагрузки, так как эти машины
Имеют мягкую механическую характеристику.
*Напомним соотношенае между угловой скоростью <а (рад/с) я
частотой вращения п (об/мин); ш^лл/30.
ИГ
3-4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДИНАМИЧЕСКИХ НАГРУЗОК ДВИГАТЕЛЕЙ
КРАНА
Динамические нагрузки в электроприводе возникают
при изменёнйй угловой скорости двигателя .(при пуске,
остенбвке, реверсе и т. □.). В этих случаях момент М,
развиваемый двигателем, уравновешивается статический
моментом Мс на его валу н динамическим моментом
Мят, создаваемым силами инерции системы «двига-
тель— механизм». В общем виде уравнение движения
этой системы имеет вид:
± М » ЛТдан ± А!с. (3-9)
Значение и направление динамического момента
Л1Д1Ш определяется значением и направлением моментов
М и Мс. Динамическая составляющая момента двигате-
ля может быть найдена из соотношения
(3-10)
где ^ — суммарный приведенный к валу двигателя мо-
мент инерции, включающий в себя момент инерции ро-
тора двигателя /дв и приведенный момент инерции /пр
всех вращающихся и поступательно движущихся масс
механизма, кг-м2;
dmldt — угловое ускорение или замедление, рад/с2.
При расчётах моменты инерции частей системы (ше-
стерен редуктора, тормозных дисков и др.), вращающих-
ся о угловыми скоростями <о«<вдв, часто не определяют,
так как нх величины относительно мало сказываются на
значении /Пр. Обычно их влияние учитывается введением
в формулу для определения J2 коэффициента 1,15-?-,
-s-1,2, т. е.
° + тХ (0/®дв)2’ <3'П)
где — суммарная масса поступательно движущихся
элементов механизма.
При ускорении или замедлении кранового механизма
через редуктор передается не только статическая, но '• н
динамическая мощность, расходуемая иа изменение за-
паса кинетической энергии в-движущихся частях й гру-
зе. В связи с этим потери энергии в механических пере-
дачах при переходных процессах возрастает. Значение
этих потерь зависит от изменения нагрузки; точный учет
их сложен. При практических расчетах дополнительные
120
потери учитывают введением в формулу (3-11) КПД rf,
Соответствующего загрузке механизма суммарной мощ-
ностью— статической и динамической.
Такйм образом, более точно формула (3-11) при уско-
рении (энергия направляется от двигателя к механизму)
запишется как
В при замедлении (энергия направляется от механизма к
дЬигателю) она примет вид:
^Ч. + 'М^Ч.)2?»'- (3-13)
\ При небольших значениях /др (механизмы подъема и
механизмы передвижения тележек) динамический мо-
мент в основном расходуется иа ускорение ротора двига-
теля и незначительно нагружает механическую передачу,
Поэтому расчет У х'можно производить по (3-11).
В электроприводах с /Пр>/дВ (механизмы передви-
жения мостов) основной нагрузкой передач является
/Идин, что вызывает дополнительные потери в редукторе и
увеличивает потребляемую двигателем энергию. Для
таких механизмов при большой частоте включений ди-
намические нагрузки в значительной степени определя-
ют выбор мощности двигателя.
Учет повышения потерь в механизмах при переходных
процессах позволяет избежать грубых ошибок при опре-
делении мощности двигателей крановых механизмов.
3-7. ВЫБОР МОЩНОСТИ ДВИГАТЕЛЕЙ КРАНОВЫХ
МЕХАНИЗМОВ
I- Электродвигатели кранов работают в тяжелых усло-
виях (ударная нагрузка, значительные перегрузки, пдв-
торно-кратковременный режим работы с частыми пуска-
ми и реверсами и т. д.), поэтому к ним предъявляют
особые требования в отношении надежности и удобства
эксплуатации. Для привода механизмов кранов выпу-
скаются специальные крановые двигатели
повторно-кратковременного режим'а, от-
личающиеся от двигателей общего применения повышен-
ной прочностью конструкции, увеличенной перегрузочной
^способностью, более нагревостойкойГ изоляцией и мень-
гшим моментом инерции ротора за счет уменьшения его
121
диаметра и увеличения длины. Основное конструктивное
исполнение крановых двигателей — закрытое, е горизон-
тальным валом, иа лапах.
Основным (номинальным) режимом работу крано-
вых двигателей является режим при ПВНОм=25%. В
справочной литературе приводятся данные и для режи-
мов прн ПВ, равном 15, 40, 60 и 100%.
Наибольшее распространение получили крановые
асинхронные двигатели серий МТ и МТБ с фазным рото-
>ом и с короткозамкнутым ротором серий МТК и МТКВ.
Напряжения двигателей 220, 380 и 500 В; мощности при
ПВВом=25%« серии МТ — от 1,4 до 7,5 кВт, МТВ — до
60 кВт, МТК — от 1,4 до 7,5 кВт, МТКВ — до 37 кВт.
3 серию МТ входят также металлургические двигатели
(для тяжелых условий работы) серии МТМ с фазным
ротором на мощности от 2,2 до 125 кВт при ПВ=40% и
серии МТКМ с короткозамкнутым ротором на мощности
от 2,2 до 28 кВт прн ПВ=40%.
Крановые 'двигатели постоянного тока выпускаются с
последовательным, независимым и смешанным возбуж-
дением— серия ДП и новая серия Д, Напряжения дви-
гателей 220 и 440 В; мощности при ПВНОм==25% от 2,5
. до 185 кВт.
Выбор мощности двигателя механизма мостового кра-
на производят, исходя из нагрузочной диаграммы меха-
низма, т. е. графика или Мс=ф(0 за цикл ра-
боты.
Во многих случаях построение точной нагрузочной
диаграммы кранового механизма затруднительно из-за
разнообразных и часто меняющихся операций, выполня-
емых краном. В первую очередь это относится к меха-
низмам цеховых кранов грузоподъемностью до 10—20 т.
Основой для выбора мощности двигателя в таких слу-
чаях может служить расчетный цикл, состоящий для ме-
ханизма подъема из четырех рабочих операций (подъем
и спуск груза Оном, подъем и спуск пустого груэозахва-
тывающего приспособления) и для механизма передви-
жения моста или тележки — из двух операций (пере-
движение с грузом Овдм в одном направлении и без гру-
за в обратном направлении).
Для расчетного цикла предполагают известным ре-
жим работы механизма (Легкий, средний и т. д.), т. е.
можно задаться значением продолжительности включе-
ния ПВрасч (см. § 3-2). Известны также номинальная
122
скорость движения Пяом> м/с, и наибольшее перемещение
?£, м, механизма.
Р Приняв, что для каждой 1-6 рабочей операции op,i—
ь=ином и £₽,/=£, можно определить продолжительность
операций /р3, с:
I *Р., = ЬЧом. (3-14)
|. Тогда суммарное время работы механизма £/р.г, с, за
[цикл
2/pj — (3*15)
Суммарное время пауз S/оз, с» находится из соотно-
шения
а , «= ^(W^ngpacw) ( (346)
ПВрасч
Причем это время делится равномерно между операция-
ми.
К Время цикла, с,
^=>2^+2^ (3-17)
Е* По (3-1) — (3-7) определяют значения статической
^мощности Pc,i или момента Mc,i на валу двигателя для
[jBcex рабочих операций, после чего можно построить на-
грузочную диаграмму механизма, показанную на рис.
$-4, а для механизма подъема. При помощи этой диа-
аммы находят эквивалентную за суммарное время ра-
бочих операций статическую мощность Рслр, кВт, при-
веденную к ближайшей стандартной продолжительности
•Включения ПВЦСМ (если ПВрясч^ПВЕОм), по формуле
Р
С,»,Р
(3-18)
Р<с.< ПВрасч
t ПВЯ0М
Далее по каталогу предварительно выбирают двига-
ь иа мощность Рт~Ртн, кВт, при ПВном по условию
Pn>W^ 0-19)
тде fts=l,14-1,4—коэффициент запаса, учитывающий
дополнительную загрузку двигателя в периоды пуска и
электрического торможения.
|' Номинальная угловая скорость двигателя (Оном, рад/с,
I должна соответствовать заданной номинальной скорости
I механизма ^ном, м/с, д определяется по формуле (3-8).
В из
Рве. 8-4. Расчетные диаграммы:' нагрузочная механизма подъема (а),
пусковая (б) и нагрузочная (в) двцгателя передвижения моста или
тележки.
(3-20)
(3-21)
t - Для выбранного двигателя строят механические ха-
рактеристики в соответствии с принятой схемой управле-
ния и рассчитывают времена пуска ta,t и электрического
L торможения tr,i привода, с:
f t &_________
^п(т).ср,Г ^с.1
[ где /г—приведенный к валу двигателя момент инерции
привода (§ 3-6); ®<м —угловая скорость двигателя,
I рад/с, соответствующая установившейся скорости меха-
| низма Оу,I, м/с, и определяемая по характеристикам
| м=/(Л1)—см., например, рис. 3-4,6 (для двигателя ме-
ханизма передвижения); Мщпор,!'— среднее значение лю-
t мента двигателя при пуске (торможении), Н-м; Мсд —
| статический момент на валу двигателя при данном пе-
I реходном процессе, Н-м; знак перед Л1с>< учитывает на-
I правление действия Mc,i по отношению к Мщпср,:.
Средний путь, м, проходимый механизмом за время
Г пуска или торможения, находят как
I ~ VV'1 — юс./^п(т)./
‘п(т),ер,1~ 2 2ipin
г- где R — радиус барабана подъемной лебедки или ходово-
е го колеса тележки (моста), м; tp и iB — передаточные
| числа редуктора и полиспаста (для механизма подъема).
Тогда время ty,i, с, движения механизма с установив-
I шейся скоростью vy.i в течение »-й рабочей операции:
t щ L ~ /д-сР* ~ /тлР 1 . (3-22)
Г vy.i
По полученным данным строят нагрузочную диаграм-
। му двигателя M=f(t) за цикл*работы с учетом динами-
ческих нагрузок (см., например, диаграмму на рис. 3-4,в
я. для двигателя механизма передвижения).
Далее по нагрузочной диаграмме двигателя опреде-
L ляют фактическую продолжительность включения
1 ПВфакт и затем находят приведенный к стандартному
значению ПВИОМ эквивалентный момент, Н-м, двигателя'
к за суммарное время работы:
• п(т),ср.^ ПВфаит (3-23)
+ 0,75 2^ц(т), f- ГШком
а
ул
125
где коэффициент 0,75 учитывает ухудшение условий ох-
лаждения двигателя в самовентиляцией; для двигателя
с независимой вентиляцией этот коэффициент равен еди-
нице.
Окончательную проверку выбранного двигателя по
нагреву выполняют по условию.
Мном М, ,р» (3-24)
где Мвом — номинальный момент Двигателя при ПВвом.
Практика расчетов показывает, что если отношение
то влиянием динамических нагру-
зок на нагрев двигателя можно пренебречь, т. е. по усло-
виям нагрева Предварительный выбор двигателя в этих
случаях будет и окончательным. Обычно это имеет место
для двигателей механизмов подъема и передвижения те-
лежек. Напротив, для двигателей механизмов передвиже-
ния мостов динамические нагрузки существенно влияют
на нагрев двигателя.
Выбранный по условиям нагрева двигатель проверя-
ют по условиям допустимой кратковременной перегрузки
и надежности пуска.
Двигатель удовлетворяет требованиям в отношении
допустимой перегрузки, если выполняется условие
0,8 ХМаом Мс>тоя, (3-25)
где Мс.тах — максимальное значение статического мо-
мента на валу двигателя, возможное прн эксплуатации
и испытаниях краиа; X — перегрузочная способность дви-
гателя; 0,8 - коэффициент, учитывающий для асинхрон-
ных двигателей снижение напряжения сети на 10%.
Правильно выбранный двигатель должен обеспечи-
вать надежный разгон привода, для чего требуется вы-
полнение условия *
MD.cp - (Afi + MJ/2 > 1,5 Mc>nUie, • (3-26)
где Мп,ср — средний пусковой момент двигателя, опре-
деляемый по каталожным данным для асинхронных дви-
гателей с короткозамкнутым ротором или по пусковой
диаграмме для двигателей постоянного тока и асинхрон-
ных с фазным ротором (см. рис. 3^4,6);
Mi и М2— максимальный в минимальный моменты
двигателя прн пуске, причем необходимо, чтобы было
ВЫПОЛНеНО уСЛОВИе Ма> \,2Ме,тах.
126
Заключительным этапом проверки выбранного дви-
гателя является оценка ускорений и замедлений меха-
низма прн пуске и торможении привода. '
Максимальное значение среднего за период гуска
(торможения) линейного ускорения (замедления) меха-
низма Оср.тсх, м/с3, определяется по формуле
Оср,тах ~~ Уу^п(т),min* (3-27)
где (п(т),ш<п — наименьшее возможное в цикле работы
время пуска (торможения) механизма при выбранном
двигателе, с; величину /П(Т),тм можно определить по
формуле (3-20); оу-—значение установившейся скоро-
сти, до которой разгоняется или с которой тормозится
механизм, м/с.
Двигатель удовлетворяет требованиям, если соблю-
дается соотношение
а < а , (3-28)
где Одоп — максимально допустимое ускорение (замедле-
ние) механизма, м/с3.
Для механизмов подъема мостовых кранов адоп=
= (0,24-0,3) м/с3, для механизмов передвижения ая1ш=
= (0,64-0,8) м/с3. При невыполнении условия (3-28)
привод механизма крана будет работать с чрезмерно
большими динамическими моментами, что вызовет уда-
ры в механических передачах, раскачивание грузов и по-
вышенный износ оборудования.
С другой стороны, ускорения (замедления) меха-
низмов не должны быть меньшими определенных значе-
ний, чтобы процессы пуска и торможения не затягива-
лись. Здесь ориентиром может служить максимально до-
пустимое время пуска, которое для механизмов подъе-
ма лежит в пределах 3—5 с, для механизмов передви-
жения 10—15 с.
3-8. КРАНОВЫЕ ТОРМОЗНЫЕ УСТРОЙСТВА И ГРУЗОПОДЪЕМНЫЕ
ЭЛЕКТРОМАГНИТЫ
Тормозные устройства предназначены для фиксации
положения механизма при отключенном двигателе, на-
пример, для удержания груза в подвешенном состоянии,
а также для сокращения выбега при остановке механиз-
ма. На кранах применяются колодочные, дисковые и
ленточные механические тормоза, которые затормажива-
12Э
8 4-58
Рис. 3-5. Колодочный электромаг-
нитный тормоз.
7 стягиваются, а
ют механизм щзн отключении двигателя; одновременно '
с включением, двигателя вал механизма растормажива-
ется тормозными электромагнитами, электрогидравличе- >
скими толкателями или специальными двигателями.
На рис. 3-5 изображен колодочный пружинный тор-
моз с приводом от однофазного электромагнита пере-
менного тока. Тормозной шкив 6, укрепленный на валу <
двигателя, охватывает-
ся тормозными колодка-
ми П, размещенными на .
рычагах 1 и 7. На рычаге
7 жестко закреплен маг-
нитопровод 8 электро-
магнита. При отключен-
ной катушке 10 электро-
магнита разжимающая
пружина 3, расположен-
ная иа стержне 2, одним
концом давит на упор-
ную шайбу 5 стержня, а
другим — на скобу 4,
шарнирно соединенную с
рычагом 7. Поэтому вер-
хние концы рычагов 1 и
колодки зажимают шкив.
При включении катушки электромагнита его якорь
9 поворачивается и сдвигает (на рисунке — влево) стер-
жень 2. Пружина 3 сжимается, вследствие чего рычаги
1 и 7 разводятся, и колодки 11 освобождают шкив 6. I
Тормозные электромагниты. В настоящее время иа
кранах применяют тормозные электромагниты однофаз- - |
ного и трехфазного переменного или постоянного тока. j
Катушки электромагнитов включаются и отключаются ;
одновременно а двигателями. Тормозные электромагни-
ты характеризуются рабочим напряжением, относитель- . г
иой продолжительностью включения (ПВ) катушки, хо-
дом подвижной части —якоря, тяговым усилием (или
моментом), допустимом числом включений в час.
По ходу якоря тормозные электромагниты разделя-
ются на длиниоходовые, имеющие ход якоря до несколь-
ких десятков миллиметров и развивающие относитель-
но малое тяговое усилие,-и короткоходовые, которые
развивают сравнительно большое тяговое усилие при
малом ходе якоря (доли или единицы миллиметров), .
I —
Э4$эфомагниты постоянного тока выпускаются с ка-
F <\ш1Й&Йн, включаемыми параллельно якорю двигателя
I или последовательно к ним. В первом случае катушки
выполняют с большим числом витков, вследствие чего
они имеют значительную индуктивность. Для увеличе-
ния быстродействия таких электромагнитов катушки
рассчитывают на пониженное напряжение. При включе-
ний Иа катушку подается полное напряжение сети, что
ускоряет» (форсирует) процесс срабатывания электромаг-
нита. Для удержания втянутого якоря электромагнита
требуется меньшее усилие, поэтому после срабатывания
электромагнита в цепь его катушки вводится добавоч-
ный резистор, который ограничивает ток катушки. Для
защиты катушки от пробоя изоляции при отключении
ее от сети на корпусе электромагнита монтируется раз-
рядный резистор. Электромагниты с последовательно
включенными катушками имеют большее быстродейст-
вие и более простую схему включения, поскольку не тре-
буется применять разрядные и токоограничивающие ре-
зисторы. Главный недостаток таких электромагнитов —
зависимость тягового усилия от тока нагрузки двигате-
ля. Они применяются чаще для механизмов передвиже-
ния, где ток якоря в процессе работы меняется сравни-
тельно мало.
Катушки, электромагнитов переменного тока подклю-
чаются параллельно статору асинхронных двигателей.
В катушках таких электромагнитов при включении про-
ходит ток в 10—15 раз больший, чем при втянутом яко-
ре, так как при большом зазоре индуктивное сопротив-
ление катушки мало. Поэтрму при увеличенном зазоре
или при заклинивании якоря катушка вообще может
сгореть. В однофазных электромагнитах переменного то-
ка, как и в контакторах, предусматривается короткоза-
мкнутый виток для предотвращения отхода якоря от
сердечника в момент прохождения тока катушки через
нуль.
Тормозные электромагниты выпускаются на продол-
жительность включения ПВ=15, 25, 40 и 60%; они раз-
личаются по форме, массе, тормозному усилию и т.п.
Из отечественных тормозных электромагнитов можно от-
метить: а) короткоходовые в открытом исполнении с по-
воротным якорем типа МО — однофазные переменного
г тока и типа МП — постоянного тока; б) длинноходовые
I тина КМП — постоянного тока, предназначенные для
9-612
129
установки в закрытых помещениях, а также типа КМТ —
трехфазные с якорем в литом или сварном корпусе и ти-
па ВМ —постоянного тока для работы кранов иа откры-
тых площадках.
Электрогидротолкатели. Недостатками тормозных
электромагнитов' являются резкое включение, вызываю-
щее удар якоря б магнитопровод, большие броски тока
5
Рис. 3-6. Колодочный -пружинный тормоз с электрогидротолкателем.
включения у электромагнитов переменного тока, воз-
можность перекоса рычагов. В связи с этим в тормозных
устройствах кранов все большее распространение полу-
чают электрогидравлические толкатели. Они имеют
большую надежность в эксплуатации, позволяют регу-
лировать быстродействие и плавность торможения, мо-
гут создавать значительные тормозные моменты и легко
управляются. •
Электрогидравлический толкатель типа ТГ (рис. 3-6)
состоит из корпуса 1, внутри которого в нижней части
помещен лопастной масляный гидронасос, приводимый
в действие асинхронным двигателем 7 с короткозамкну-
тым ротором. В верхней внутренней части корпуса 1 ра-
сположен поршень со штоком 6. При включении двига-
теля насос перекачивает масло из нижней полости кор-
130
пуса 1 под поршень. Последний движется вверх и его
' шток поворачивает рычаг 5, который, преодолев усилие
: пружины 2, через систему тяг разводит рычаги 3 и 4 с
; тормозными колодками. При отключении двигателя на-
сос останавливается, поршень со штоком опускается
вниз, и пружина 2 вновь зажимает тормозные колодки.
Для привода тормозов применяются электрогидро-
толкатели типа ТГ-50, ТГ-80 и ТГ-160 с рабочими уси-
Ряс. 3-7. Грузоподъемные электромагниты.
с—общий вид круглого электромагнита: 6'— электрическая схема магнитно-
го контроллера ПМС-50.
лиями 500, 800 и 1600 Н, а также толкатели ТЭГ-16,
ТЭГ-25, ТГМ-50 и ТГМ-80 с рабочими усилиями 160, 256,
500 и 800 Н. Толкатели обеспечивают указанные усилия
при напряжении не менее 90% номинального, числе
включений в час от 700 до 2000 и работе тормоза при
ПВ=100%. Время срабатывания электрогидротолкате-
лей составляет 0,6—1,5 с, в некоторых случаях они мо-
' гут использоваться вместе с тормозом для регулирова-
ния угловой скорости двигателей крановых механизмов
Грузоподъемные электромагниты.' Использование их
позволяет сократить длительность операций зацепления
и снятия ферромагнитных материалов при траиспорти-
; ровке. На рис. 3-7, а показан электромагнит круглой
. формы типа М-42. Внутри стального корпуса 2 помеща-
ется катушка /, залитая компаундной массой. К корпу-
су болтами крепятся полюсные башмаки 3. Снизу ка-
ртушка защищена кольцом 4 из немагнитного материала.
\9* ' 131
Токоподвод к катушке осуществляется гибким кабелем
5, который автоматически наматывается на кабельный
барабан при подъеме и сматывается с него при спуске.
Электромагнит подвешивается к крюку цепями.
Подъемная сила электромагнита зависит от характе-
ра и температуры поднимаемого груза: при большой
плотности груза (плиты, болванки) подъемная сила
увеличивается, при меньшей плотности (скрап, стружка)
значительно уменьшается; с ростом температуры снижа-
ется магнитная проницаемость, достигая нуля при
720° С, вследствие чего подъемная сила также падает
до нуля.
Катушки таких электромагнитов питаются постоян-
ным током, имеют большую индуктивность и значитель-
ный поток остаточного магнетизма. Поэтому при отклю-
чении электромагнита должны быть приняты меры для
ограничения перенапряжений, а также для быстрого ос-
вобождения электромагнита от груза.
Управление подъемным электромагнитом произво-
дится обычно посредством магнитного контроллера, па-
нель которого с аппаратурой помещается в шкафу и -ус-
танавливается в кабине крановщика. На рис. 3-7,6 по-
казана принципиальная электрическая схема магнитно-
го контроллера ПМС-50, имеющего: вводной выключа-
тель (рубильник) ВВ; предохранители Пр1 и Пр2;
включающий контактор КВ; контактор размагничива-
ния КР; резисторы ПС и PC. Постоянный ток к катуш-
ке электромагнита Эм подводится от сети 220 В или от
преобразовательного агрегата, установленного на кране.
Для захвата груза электромагнитом рукоятку комаи-
докоитроллера ставят в положение В. Замыкается кон-
такт КК комаидоконтроллера. Получает питание кон-
тактор КВ, который своими контактами подключает эле-
—ктромагнит Эм к источнику питания, и груз захватыва-
ется. Чтобы освободить электромагнит от груза, рукоят-
ку комаидоконтроллера переводят в положение О. Раз-
мыкается контакт КК, теряет питание контактор КВ и
отключается от источника катушки Эм, но ток в ней
мгновенно не исчезает, а под действием ЭДС самоиндук-
ции продолжает протекать в том же направлении по це-
пи с резисторами ПС и PC. При этом напряжение меж-
ду точками 1 и 2 оказывается достаточным, чтобы вклю-
чился контактор КР. В результате катушка Эм оказы-
вается под напряжением обратной полярности, ток в
132
ней интенсивно уменьшается, а затем возрастает в обрат-
ном направлении до значения, необходимого для лик*
вндации остаточного магнетизма. Электромагнит осво-
бождается от груза,"даже весьма легкого, например от
стружки.
В процессе изменения тока электромагнита напря-
жение на катушке КР уменьшается, и при некотором
его значении контактор КР отключается, что приводит
к разрыву цепи размагничивания, но катушка Эм оста-
ется замкнутой на резисторы. Это исключает недопус-
тимые перенапряжения на электромагните.
Подъемные электромагниты рассчитываются на по-
вторно-кратковременицй режим работы с ПВ=50% при
продолжительности цикла не более 10 мин. Отечествен-
ной промышленностью изготовляются электромагниты
двух форм: круглые типов М-22, М-42, М-62 и прямо-
угольные типов ПМ-15 и ПМ-25. Выбор подъемных элек-
тромагнитов производится по напряжению, режиму ра-
боты, подъемной силе, потребляемой мощности, форме
груза и его температуре.
3-9. КРАНОВАЯ АППАРАТУРА УПРАВЛЕНИЯ И ЗАЩИТЫ
Крановые силовые кулачковые контроллеры. С по-
мощью их осуществляются пуск, остановка, реверс и ре-
гулирование угловой скорости крановых электродвига-
телей как постоянного, так и переменного тока. В на-
стоящее время силовые контроллеры применяются для
переключений в главных цепях двигателей мощностью
до 30 кВт при Л, С и Т режимах работы механизмов кра-
на и от 30 до 75 кВт при Л и С режимах. Приводным
органом кулачковых контроллеров на постоянном токе
является маховичок, а на переменном токе — рукоятка.
Каждое рабочее, а также нейтральное (нулевое) поло-
жение имеет фиксацию.
Для управления асинхронными двигателями с фаз-
ным ротором предназначены контроллеры типов ККТ-61
и ККТ-61 А, ККТ-62 и ККТ-62А, ККТ-68А, ККТ-101,
ККТ-102, имеющие симметричную для обоих направле-
ний движения механизма схему замыкания контактов.
В контроллере ККТ-68А обмотки статора двигателя
коммутируются двумя контактами реверса. Для уп-
равления асинхронными двигателями с короткозамкну-
тым ротором выпускаются контроллеры типа ККТ-63, а
133
для механизмов подъема — также типа ККТ-64. Послед-
ний позволяет обеспечить низкие скорости при посадке
груза путем включения двигателя в режим однофазного
торможеийя на первом положении «Спуск» рукоятки
контроллера.
В схемах управления двигателями постоянного тока
применяются силовые контроллеры типов ККП-101 для
механизмов передвижения кранов н ККП-102 для меха-
низмов подъема.
Магнитные контроллеры. Они служат для управле-
ния двигателями механизмов кранов средней и большой
производительности при мощностях двигателей до
150 кВт и напряженном режиме работы с высокой час-
тотой включений. Магнитные контроллеры используют-
ся для приводов мощностью до 10 кВт при ВТ режиме,
до 30 кВт при Т и ВТ режимах и свыше 30 кВт при С,
Т и ВТ режимах. В таких контроллерах все переключе-
ния в силовых цепях двигателей производятся контак-
торами, катушки которых получают питание через кон-
такты малогабаритного командокоитроллера . типа КП,
установленного в кабине, а аппаратура управления и за-
щиты (контакторы, реле и др.) монтируется на специ-
альной панели, которая выносится иа мост крана. При-
водным органом командокоитроллера служит рукоятка.
Магнитные контроллеры являются наиболее универсаль-
ным средством управления крановыми электроприво-
дами.
Конструктивно панели магнитных контроллеров вы-
полняются в двух вариантах: каркасио-реечными и па-
нельными на изоляционных досках. Каркасно-реечные
конструкции имеют одну ступень изоляции между токо-
ведущими частями и корпусом и используются для кра-
нов, работающих в обычных производственных помеще-
ниях. Панельные конструкции имеют две ступени изо-
ляции и применяются для кранов производств с большой
концентрацией токопроводящей пыли. При установке
магнитных контроллеров иа открытых для доступа лю-
дей площадках они размещаются в стальных шкафах с
запирающимися дверями. . -~
Для управления двигателями механизмов передви-
жения используются магнитные контроллеры трех се-
рий П, Т и'К. У контроллеров серии П силовые цепи и
цепи управления получают питание от сети постоянного
тока, у контроллеров^серии Т — от сети переменного то-
134
ка. В контроллерах серии К применяются аппараты уп-
равления постоянного тока, которые более надежные
эксплуатации и допускают большую частоту включений,
чем контакторы и реле переменного тока. Все указанные
контроллеры имеют симметричные схемы.
Для управления электроприводами механизмов подъ-
ема применяются несимметричные магнитные контрол-
леры серий ПС, ТС и КС, которые позволяют получать
от двигателей низкие посадочные скорости при спуске,
грузов. Буква А в обозначении типа контроллера подчер-
кивает, что управление двигателем автоматизировано в
функции времени или ЭДС, например ПСА, ТСА и др.
Для управления двухдвигательиым приводом кранов
с тяжелым режимом работы на механизмах передвиже-
ния применяются магнитные контроллеры серий ДП, ДТ
и ДК, а на механизмах подъема — ДПС, ДТС и ДКС.
Сдвоенные панели имеют двойной комплект аппарату-
ры, которая переключается для управления одним или
двумя двигателями. По принципу работы эти' панели ие
отличаются от одинарных панелей.
Выбор силовых и магнитных контроллеров произво-
дят по роду тока, назначению механизма, электричес-
кой схеме, мощности и напряжению двигателя, интен-
сивности работы механизма (числу включений в час).
Крановые конечные выключатели служат для пре-
дотвращения перехода механизмами предельно допус-
тимых положений (ограничение подъема грузозахваты-
вающего устройства, пли хода тележек и мостов), а так-
же блокировки открывания люков и дверей кабины.
Указанная защита преимуществеиио выполняется по-
средством рычажных конечных выключателей поворот-
ного типа, которые проще по устройству и надежнее в
работе, чем выключатели нажимного типа.
Для механизмов передвижения чаще всего использу-
ют выключатели с самовозвратом в исходное положе-
ние. Для ограничения верхнего положения крюка при-
меняется выключатель с грузовым приводом. Если не-
обходимо ограничить и верхнее и нижнее положения
захватывающего устройства, то устанавливают вращаю-
щиеся конечные выключатели, связанные с одним из ва-
лов механизма подъема.
В схемах управления крановыми электроприводами
применяются следующие типы конечных выключателей:
КУ-701 и КУ-706 — рычажные с самовозвратом (для
135
механизмов передвижения); КУ-703 — с самовозвратом
под действием груза (для механизмов подъема).
Резисторы в крановых электроприводах применяют-
ся для пуска, регулирования угловой скорости и тормо-
жения двигателей, для цепей возбуждения и управле-
ния, а также для тормозных н подъемных электромаг-
нитов. Стандартные ящики резисторов выполняются с
литыми чугунными (серии ЯС), ленточными фехралевы-
ми (серии КФ) или проволочными константановыми (се-
рии НС) элементами, имеющими одинаковый длительно
допустимый ток для всех секций ящика. Из комбинаций
таких ящиков или включения различных секций после-
довательно и параллельно можно подобрать любые не-
обходимые сочетания ступеней сопротивления.
Крановые резисторы выбираются но условиям пов-
торно-кратковременного режима работы. Номинальную
продолжительность включения ПВиом принимают раз-
личной в зависимости от режима работы крана. Напри-
мер, д^я кранов общего назначения при легком режиме
работы для резисторов ПВНом= 12,5%, для средиеп^ ре-
жима ПВиом=25%, для тяжелого ПВЯОМ=30%. Следу-
ет помнить, что не все ступени сопротивления находят-
ся в одинаковых условиях в отношении нагрева: при
пуске продолжительность включения больше для тех
ступеней, которые отключаются последними. Кроме то-
го, больше вероятность включения тех же ступеней при
регулировании угловой скорости двигателя. Поэтому
значение ПВНОм относятся только к последней ступени,
а для остальных ступеней выбирают значения ПВ, убы-
вающие пропорционально доли сопротивления, выводи-
мой при замыкании каждой ступени.
Невыключаемые резисторы рассчитываются иа но-
минальный ток ротора двигателя и на значение ПВ,
равное или большее принятого для двигателя. Постоян-
ная времени нагрева у резисторов значительно меньше,
чем у двигателей, и кратковременные перегрузки, допу-
стимые для двигателя, могут быть опасными для резис-
торов. Кроме того, независимо от расчетного значения
ПВ каждая ступень сопротивления должна выдерживать
кратковременную нагрузку номинальным током двига-
теля длительностью не менее 30 с.
Полный расчет и выбор резисторов, включающий оп-
ределение суммарного сопротивлеиня, разбивку его по
ступеням согласно расчетам пусковых, тормозных и ре-
136 ' *
гулировочных характеристик двигдтедя и проверку вы-
бранных резисторов по перегреву для крановых приво-
дов производят редко, например при проектировании
Нового контроллера или специального электропривода
жрана. На практике пользуются каталожными -данными
специальных готовых ящиков резисторов, подобранных
к определенным двигателям и контроллерам, либо ката-
ложными данными разбивки сопротивлений в долях но-
та б л и ц а 3-1
Каталожная разбивка сопротивлений по ступеням
для контроллера ККТ-101
Обозначение стуле- * вей Сопротивление, /а *ном пв, % Время работы, л
Pl—Р5 20 25 69
Р5—Р7 55 17,7 45
Р7—РЮ 80 12,5 30
Р2-Р4 4 25 60
Р4-Р8 16 17,7 45
Р8—РЮ 75 12,5 30
РЗ—Р6 10 25 60
Р6— Р9 25 17,7 45
РЗ—РЮ 22 12,5 30
минального сопротивления двигателя /?н<>м- Такие ката-
ложные таблицы составлены применительно к типовым
схемам контроллеров. Так, в табл. 3-1 приведена разбив-
ка несимметрично включенных резисторов по фазам ро-
тора асинхронного двигателя, управляемого кулачковым
контроллером ККТ-101.
Для двигателей постоянного тока /?Нох= С/вом/Люм,
где (/ном и /ном — номинальные напряжения и ток якоря
двигателя; для асинхронных двигателей с фазным рото-
ром R НОМ —Дак/( 3/гвом), где £гк и 12ном — ЭДС меж-
ду кольцами неподвижного разомкнутого ротора и но-
минальный ток ротора.
Выбор резисторов по нагреву производят для каж-
дой ступени по эквивалентному длительному току, ко-
торый определяется по формуле
/8.дл = /Р/ПВ%/100</аоп,
где /р= Лн/гном — расчетный ток ступени, А;
137
kB — коэффициент, который для ступеней ускорения
принимается равным *1,25, для ступени противовключе-
ния 1,0 и для предварительной ступени 0,8;
/доп — длительно допустимый ток резистора, А.
Крановые защитные панели применяют при контрол-
лерном управлении двигателями крана, а также вместе
с некоторыми магнитными контроллерами, не имеющи-
ми собственных аппаратов защиты. На защитной панели
установлена электроаппаратура, осуществляющая мак-
симальную защиту от токов к. з, и значительных (свыше
250%) перегрузок крановых двигателей, а также нуле-
вую защиту, исключающую самозапуск двигателей пос-
ле перерыва в электроснабжении. В схему защитной па-
нели вводят контакты различных аппаратов, обеспечи-
вающих надежность работы крана и безопасность его
обслуживания, например контакты конечных выключа-
телей, контакты люка кабины и аварийного выключа-
теля, вспомогательные контакты силовых контроллеров'.
Конструкция защитнбй панели представляет собой
металлический шкаф с установленной в нем аппарату-
рой. Шкаф закрыт дверью с замком. Второй замок сбло-
кирован с главным рубильником. Размещаются защит-
ные панели обычно в кабине крана.
Для защиты двигателей переменного тока с подклю-
ченными к ним проводами используются крановые за-
щитные панели типов ПЗКБ-160 и ПЗКБ-400 на напря-
жения 220, 380 и 500 В, для защиты двигателей посто-
янного тока — панели типа ППЗКБ-150 на 220 и 440 В.
Панели допускают подключение от трех до шести двига-
телей. В зависимости от числа защищаемых двигателей
и соотношения их мощностей панели комплектуются со-
ответствующим количеством блок-реле, максимального
тока, которые при срабатывании воздействуют на один,
общий для группы из двух — четырех реле контакт; этим
уменьшается число контактов в схеме. Установка на па-
нелях блок-реле на различные токи дает возможность
защищать двигатели различной мощности.
На рис. 3-8 показана принципиальная электрическая
схема защитной'панели типа ПЗК для трех двигателей
переменного тока. Основной аппаратурой панели явля-
ются: вводный выключатель (рубильник) ВВ\ контактор
КЛ\ два групповых реле (РМ и РМО), состоящих из
блок-реле максимального тока РМ1—РМЗ — для заши-
ты отдельных двигателей и блок-реле РМО1 и РМО2 —
138
для защиты подводящих проводов; кнопка КнР для
включения панели; предохранители Пр цепи управле-
ния.
В схему панели включены блокировочные контакты
контроллеров, контакт люка кабины ВКЛ, контакты ко-
Рнс. 3-8. Электрическая схема защитной панели ПЗК.
нечных выключателей механизмов подъема ВК.ПП и пе-
редвижения ВКВМ, ВКНМ, ВКВТ, ВКНТ, выключатель
ВА для аварийного отключения панели. Блок-реле при
срабатывании размыкают контакты РМ и РМО в цепи
катушки линейного контактора КЛ, .который отключает
все двигатели от сети.
Контактор КЛ можно включить нажатием кнопки
КнР, если замкнуты контакты ВКЛ, ВА, РМ, РМО и
контакты 1-2 контроллеров. Для замыкания контактов
139
ВКЛ и 1-2 необходимо закрыть люк, ведущий из каби-
ны на мост, и установить контроллеры в нулевое (0) по-
ложение. После включения контактор КЛ своими замы-
кающими вспомогательными контактами создает цепь
самопитания, которая проходит через контакты 3-4 и
4-5 контроллеров и конечных выключателей всех трех
механизмов, а главными контактами подает напряже-
ние на силовые цепи двигателей.
Схема защитной панели ПЗК составлена так, что
включение двигателя возможно только для движения
механизма в сторону рабочей зоны. При этом питание
катушки КЛ осуществляется через контакт конечного
выключателя, ограничивающего движение в данном на-
правлении. Например, при установке контроллера моста
в положение В, т.е. для движения «Вперед» контакт
3-4 размыкается, а контакт 4-5 остается замкнутым, по-
этому катушка КЛ получает питание через контакт ко-
нечного выключателя ВКВМ. и будет отключена, если
мост дойдет до крайнего положения «Вперед». Для ме-
ханизма подъема предусмотрен только одни конечный
выключатель ВКПП, так как нижний предел спуска не
ограничивается.
Для защиты трехфазных асинхронных двигателей от
перегрузок достаточно иметь токовые реле в одной фа-
зе каждого двигателя (блок-реле РМ1, РМ2 и РМЗ),а
две другие фазы двигателей можно объединить под об-
щие блок-реле РМО1 и РМО2, которые защищают ли-
нейные провода от к.з. Нулевая защита обеспечивается
самим контактором КЛ. После срабатывания любого из
аппаратов защиты или конечных выключателей вновь
включить схему в работу можно лишь после возврата
всех контроллеров в нулевое положение.
На рис. 3-9 изображена принципиальная электриче-
ская схема защитной панели типа ППЗК для трех дви-
гателей постоянного тока. Кроме общего контактора
КЛО, соединяющего контактный провод Л2 со всеми
двигателями, панель имеет контакторы КЛ1—КЛЗ для
подключения двигателей через соответствующие кон-
троллеры к другому контактному проводу Л1. Контак-
тор КЛО включается кнопкой КнР и остается включен-
ным в течение всего времени при нормальной работе
крана.
Контакторы КЛ1—КЛЗ включаются и отключаются
контактами 3-4 и 4-5 контроллеров при каждом пуске и
140
остановке двигателей, что облегчает условия работы
L;силовых контактов контроллеров. Конечные выключате-_
<: ли механизмов включены в цепи катушек соответству-
ете
ев
нов
pm
КЛ1 Мост
s
НЛО Вн P Мост тележка Подъем
ТоТГ
нов
7111 2 J
\,m
Л2
КнР
? BKBM
НЛО V
I П
КЛ2
3 <? вкнт
5 <j> BKBT
подъем
con
til
6
ВКПП
о
<? вкнм
ч
Рис. 3-9. Электрическая схема защитной панели ППЗК.
ющих контакторов, поэтому в крайнем положении како-
го-либо механизма отключается только двигатель дан-
ного механизма, а не вся защитная панель, что создает
удобства для работы оператора.
Размыкающий контакт кнопки КнР 'предотвращает
одновременное с контактором К.ЛО включение контак-
141
торов КЛ1—КЛЗ, которое при наличии к.з. в цепи уп-
равления или силовой цепи могло бы привести к аварии.
В главную цепь каждого двигателя включена катушка
группового реле РМ (катушки РМ1—РМЗ), кроме того,
одна катушка реле РМО включена в общий силовой
провод. Обмотки тормозных электромагнитов моста
ЭмТМ, тележки ЭмТТ и подъема ЭмТП подключаются
к сети замыкающими вспомогательными контактами со-
ответствующих контакторов.
3-10. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СЕМЫ КОНТРОЛЛЕРНОГО УПРАВЛЕНИЯ
ДВИГАТЕЛЯМИ КРАНОВЫХ
МЕХАНИЗМОВ
Схемы управления крановыми двигателями могут
быть симметричными и несимметричными относительно '
нулевого положения силового контроллера или командо-
контроллера. Симметричные схемы применяют для при-
водов механизмов передвижения, а в некоторых случаях
и для приводов механизмов подъема. В таких схемах при
одинаковых по номеру положениях рукоятки (махович-
ка) контроллера при движении в разные стороны дви-
гатель работает на аналогичных характеристиках ь>=
—f(M). Несимметричные схемы используют для приво-
дов механизмов подъема, когда при подъеме и спус-
ке груза требуется, чтобы двигатель работал на различ-
ных характеристиках, так как обычно
На рис. 3-10, а доказана электрическая схема управ-
ления асинхронным двигателем с фазным ротором по-
средством контроллера типа ККТ-61 А, который имеет
симметричную схему и применяется для механизмов пе-
редвижения и подъема.
Напряжение на контроллер подается через панель
ПЗК. Одна фаза ЛЗ питающей сети подводится к ста-
тору двигателя Д непосредственно,' а две фазы Л1 и
Л 2— через контроллер.'В первом положении Вперед
(Подъем) рукоятки контроллера замкнуты контакты
КЗ, К7 (рис. 3-10,6) и статор двигателя включается в
сеть при полностью введенных сопротивлениях в цепи
ротора. В первом положении Назад (Спуск) замкнуты
контакты К1 и К5, чем обеспечивается изменение поряд-
ка чередования фаз напряжения на зажимах статора
Cl, С2 н СЗ. Одновременно со статором двигателя в сеть
включается тормозной электромагнит ЭмТ, расторма-
142
Lilli
вперед
Побьем
йшпна
каззиага
НаЕЗЕЗЕЗ!----
х >ф<
_______
Е£ЗЕЗИКВШ1------
ЕЯЕЗВЕЗЕЗЕЗИИ
кав!
xlxj
КЯЕ31
К9
К'О
IE3I
О
П12
6\
га
га
и
6)
X
X
X
X
X
X
X
х
х
X
X
X
X
Рис. 3-10. Схема включения (а), контроллерная диаграмма (б) и
механические характеристики (в) асинхронного двигателя, управляе-
мого контроллером ККТ-61А.
кивающий механизм (троллейный токоподвод, показан-
ный на схеме, применяется только для привода подъ-
ема).
При дальнейшем перемещении рукоятки контроллера
в положения 2~5 Вперед (Подъем) нли Назад (Спуск)
замыкаются контакты К2, К4, Кб, К8, К10 н шунтиру-
ются ступени пусковых резисторов в цепи ротора двига-
теля. Резисторы выводятся по фазам несимметрично, что
позволяет уменьшить число переключающих контактов
контроллера при требуемом числе пускорегулировочных
ступеней и получить механические характеристики (рис.
3-10,в), обеспечивающие требуемый режим работы меха-
низма. При пуске оператор должен переводить рукоят-
ку контроллера из одного положения в другое с некото-
рым интервалом времени, в противном случае могут воз-
никнуть недопустимые броски токов и моментов -двига-
теля. Характеристика 1 с малым моментом при ш=0
используется для устранения люфтов в редукторах и сла-
бины канатов при пуске двигателя.
При опускании средни/ и тяжелых грузов с полной
скоростью двигатель работает в генераторном режиме
(например, при моменте Л1с1 угловая скорость — wi).
Пониженную угловую скорость в этом случае можно по-
лучить на положении контроллера / Подъем (например,
угловая скорость — со, при Afci), т.е. при работе двнга-
. теля в режиме противовключения.
Легкие грузы, не преодолевающие трение в механиз-
ме, и пустой крюк опускаются прн работе двигателя в
двигательном режиме на положениях контроллера Спуск
(например, при моменте — Л1С2 угловая скорость спуска
на характеристике 5 будет — <о2, а на характеристике
1 — более низкая скорость — а>2)..
Схема обеспечивает защиту двигателя от перегрузок
по току с помощью группового максимального реле РМ
(РМ1—РМЗ). С помощью контактов К9, КП, К12 соз-
даются цепи конечной и нулевой защиты. Все виды за-
щит действуют на отключение контактора КЛ, как и
предусмотрено в панелях ПЗК.
Для -управления двигателями постоянного тока по-
следовательного возбуждения применяются контролле-
ры типа ККП-101 (для механизмов передвижения), ко-
торые имеют симметричную схему, и типа ККП-102 (для
механизмов подъема) с несимметричной- схемой.
144
i На рис. 3-11 в качестве примера показаны схемы
включения при различных положениях контроллера и
типовые механические характеристики двигателя, управ-
ляемого контроллером ККП-102. В положениях Подъем
якорь двигателя Д, обмотка возбуждения ОВД, обмот*
-I5Q-100-
%
гоо
ISO
юо
ЗмГ
1
50
О
Р7 Р8
Р7 Р8
Р6 PSP4P3P2P1
г ое г-. РёР5РЧРЗР2Р1
ОВД
О
ПОдъей
5
-250
-300
<Г)
Д
ОВД
а)
Рис. 3-11. Схемы включе-
ния (а) И механические
характеристики (б) дви-
гателя последовательно-
го возбуждения, управ-
ляемого контроллером
ККП-102.
_ Спуск- ~,5°
о \сило9ой
Д
02
02
д
дг
ОВД
ЭнТ
м
ка тормозного электромагнита Эм.Т и пускорегулирую-
щие резисторы Р/—Р2, Р2—РЗ, РЗ—Р4, Р4—Р5 и Р5—
Р6 соединены последовательно. Пуск двигателя на Подъ-
ем и регулирование угловой скорости осуществляются
путем постепенного выключения резисторов в цепи яко-
ря. Характеристика / при этом имеет то же назначение,
что и в предыдущей схеме.
10—612
145
В режиме спуска используется потенциометрическая
схема с параллельным соединением цепей якоря и об-
мотки возбуждения. Регулирование угловой скорости
осуществляется изменением сопротивлений в цепи об-
мотки возбуждения и в общей части схемы. Опускание
пустого крюка и легких грузов производится в двига-
тельном режиме работы двигателя (III квадрант на рис.
$-11,6), опускание средних и тяжелых грузов — в гене-
раторном режиме (IV квадрант). Применение такой схе-
мы включения двигателя дает возможность получить
достаточно жесткие характеристики v=f(M) как при
малых, так и при больших скоростях опускания грузов.
При переводе контроллера в нулевое положение из по-
ложений спуска двигатель включается по схеме дина-
мического торможения с самовозбуждением (характери-
стика 0).
Схемы контроллеров ККП позволяют осуществить
максимальную, конечную и нулевую защиту. Если при-
меняется ЭмТ независимого возбуждения, то в дополне-
ние к контроллеру устанавливается контактор.
3-11. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СХЕМЫ КОНТАКТОРНОГО УПРАВЛЕНИЯ
ДВИГАТЕЛЯМИ КРАНОВЫХ
МЕХАНИЗМОВ
Магнитные контроллеры применяются преимущест-
венно для управления двигателями кранов с тяжелыми
режимами работы Т и ВТ.
Рассмотрим работу двух серий панелей магнитных
контроллеров ТА и П и отметим особенности механиче-
ских характеристик двигателей, управляемых посредст-
вом панелей серий КС и ПС.
На рис. 3-12, а показана принципиальная электриче-
ская схема магнитного контроллера типа ТА-161, кото-
рый подключается к сети через защитную панель, так
как не имеет собственных аппаратов защиты. Этот кон-
троллер применяется для механизмов передвижения.
Оператор воздействует при управлеинн двигателем на
командоконтроллер КК, имеющий семь контактов и де-
вять фиксированных положений рукоятки.
Обмотка статора двигателя подключается к сети че-
рез реверсирующие двухполюсные контакторы КВ и КН.
Резисторы в цепях ротора двигателя выводятся посред-
ством двухполюсных контакторов КП, КУ1—КУЗ. Схе-
146
К защитной панели
КУ2
КУ2
PC
КУ!
КУ/
КП
КП
/(•защитной панели
КнС PH ВКН
энт
КК5
КЗ
КУ2
КП
РУ/
КУ1
РУ2
РУЗ
а)
f)
Рис. 3-12. Схема включения (а) и механические характеристики (б)
двигателя, управляемого магнитным контроллером ТА-161.
10*
КК
Назад Вперед
У32/0/23Ч
кко
кк/
| КН
КК2
ккз
КУЗ
КУЗ
°/о
1О0
кку
КУЗ
КУ2
О 200 250%
Торможение
протибовклн!
ма позволяет получить: автоматический пуск на есте-
ственную характеристику в функции независимых вы-
держек времени, создаваемых электромагнитными реле
РУ1—РУЗ, питание катушек которых производится че-
рез выпрямитель Вп от панели ПЗК: работу на трех про-
межуточных скоростях; торможение противовключени-
ем при переводе рукоятки КК в первое положение об-
ратного направления.
В нулевом положении рукоятки КК через замкнутый
контакт ККО включается реле напряжения PH и своим
контактом подготавливает к работе основные цепи уп-
равления. В первом положении рукоятки КК, например
Вперед, замыкается контакт КК1 и включается контак-
тор КВ, который .своими главными контактами присое-
диняет статор двигателя к сети, а вспомогательным кон-
тактом включает реле РБ. Через замыкающий контакт
РБ включается контактор КТ, который подает питание
в обмотки тормозного электромагнита ЭмТ, механизм
растормаживается и двигатель пускается в ход с полно-
стью включенными резисторами в цепи ротора (харак-
теристика 1 на рис. 3-12,6).
В положениях 2—4 кома ндоконтроллера соответст-
венно включаются контактор КП и с выдержками вре-
мени — контакторы КУ1—КУЗ. После срабатывания
контактора КУЗ в цепи ротора остается включенным не-
большое сопротивление, смягчающее естественную ха-
рактеристику Двигателя для уменьшения пика момента
при ускорении.
Для быстрой остановки двигателя следует перевести
рукоятку КК в положение 1 Назад. При этом отключа-
ются контакторы КВ, КП, КУ1 — КУЗ и реле РБ (на
небольшой отрезок времени), форсированно срабатыва-
ет реле РП (резистор R3 шунтирован контактом РБ)
и происходит торможение противовключением при вве-
дении всех резисторов в цепь ротора. При скорости
ш as 0 реле РП теряет питание, и оператор должен пере-
вести рукоятку КК в нулевое положение. Для реверса
двигателя рукоятку КК необходимо установить в одно
из положений 2, 3 нлн 4 Назад.
В цепи катушки реле PH находятся контакты конеч-
ных выключателей ВКВ и ВКН, а также контакт ава-
рийной кнопки КнС, После срабатывания какой-либо
защиты или перерыва в электроснабжении пуск двига-
теля возможен только после установки рукоятки коман-
148
доконтроллера в нулевое положение, когда контакт ККО
замкнут и включится реле напряжения PH.
На рис. 3-13, а показана принципиальная электриче-
ская схема магнитного контроллера типа П для управ-
ленив двигателем постоянного тока последовательного
В возбуждения, а на рис. 3-13,6 — механические характе-
Рис. 3-13. Электрическая схема магнитного контроллера типа П (а),
механические характеристики кранового двигателя (б) и вариант уз-
ла схемы (в).
ристики двигателя. Такие контроллеры применяются на
механизмах передвижения кранов и имеют симметрич-
ную схему.
В цепь якоря двигателя включены: обмотка возбуж-
дения ОВД, катушка тормозного электромагнита ЭмТ
и четыре ступени сопротивления R1—R4, предназна-
ченные для пуска, торможения и регулирования угловой
£ скорости. Реверсирование двигателя осуществляется
$ переключением контакторов КВ1, КВ2 и КН1, КН2, из-
меняющих полярность напряжения на якоре. Схема
149
контроллера обеспечивает работу двигателя в двига-
тельном режиме и в режиме противовключения. Пуск
двигателя автоматизируется с помощью реле времени
РУЬ— РУЗ, которые срабатывают, когда в положениях *
1 (Вперед и Назад) комаидоконтроллера КК по цепи
якоря начинает проходить ток. Отключаются реле в ре-
зультате шунтирования их катушек контактами КП,
КУ1* КУ2.
При движении механизма Назад (или Вперед) для
быстрой его остановки или реверсирования следует-пе-
ревести рукоятку КК в положение 2, 3 или 4 Вперед
(или соответственно Назад). Происходит торможение
противовключением по характеристике ПВ (или ПН).
Этот процесс контролируется с помощью реле РПВ (или
РПН) и подробно описан в [25]. Если при угловой ско-
рости, близкой к нулю, перевести рукоятку КК в нуле-
вое положение, то двигатель остановится, а если рукоят-
ку оставить в прежнем положении, то будет осуществ-
ляться автоматический пуск двигателя в направлении
Вперед (или Назад).
Защита силовой цепи достигается с помощью макси-
мального реле РМ, цепи управления — предохраните-
лями Пр. Реле PH служит для нулевой защиты. Отклю-
чение механизма в предельных положениях производит-
ся конечными выключателями ВКВ и ВКН.
Некоторые исполнения контроллеров серии П позво-
ляют при установке рукоятки КК в первое положение'
включить двигатель Д по потенциометрической схеме
(рис. 3-13,в). Характеристика двигателя а в этом слу-
чае показана на рис. 3-13, 6. Таким способом обеспечи-
ваются условия точной остановки не полностью загру-
женного механизма.
Магнитные контроллеры переменного и постоянного
тока для механизмов подъема имеют несимметричную
схему. При работе^на подъем характеристики двигате-'
ля мало отличаются, от приведенных иа рис. 3-12,6 и
3-13,6. В режимах спуска груза асинхронный двигатель
включается для работы в тормозном режиме по одно*
фазной схеме питания, в режиме противовключения
либо в генераторном режиме (см. характеристики а, б
и в на рис. 3-12,6), как это имеет место в контроллерах
типа КС. В контроллерах типа ПС для получения жест- _
ких характеристик ca=f(M) при спуске якорь двигате-
ля и обмотка возбуждения включаются параллельно по -
160
потенциометрической схеме (см. рис. 3-П,а) с различ-
ными соотношениями сопротивлений во всех цепях. Та-
кая схема включения двигателя крана обычно называ-
ется схемой «безопасного спуска». Механические харак-
теристики для этой схемы показаны на рис. 3-11,5.
З-tl. АВТОМАТИЗИРОВАННЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД КРАНОВЫХ
МЕХАНИЗМОВ С ТИРИСТОРНЫМ УПРАВЛЕНИЕМ
За последние годы в электроприводах кранов начинают внед-
ряться тиристорные преобразователи (ТП) для управления двига-
телями постоянного и переменного тока. На постоянном токе при-
меняется Система ТП-Д с двумя комплектами вентилей или с одним
комплектом и переключателем полярности напряжения в якорной
цепи двигателя для реверса. Угловая скорость двигателя в таких
системах регулируется путем изменения напряжения на якоре.
В приводах переменного тока при включении ТП в цепь статора
асинхронного двигателя путем изменения напряжения иа двигателе
можно ограничить пусковой момент, получить плавный пуси (тор-
можение) двигателя и необходимый диапазон регулирования ско-'
рости электропривода.
В качестве примера на рнс. 3-14, а изображена принципиальная
схема тиристорного управления двигателем постоянного тока неза-
висимого возбуждения для механизма подъема мостового крана.
Якорь двигателя Д питается от реверспного тиристорного преобра-
зователя, который состоит из силового трансформатора Тр, служаще-
го для согласования напряжений двигателя и сети; двух групп ти-
ристоров Tt—Тб, Т7—Т12, соединенных по трехфазной мйстовой
встречно-параллельной схеме и образующих два нереверсивных
преобразователи ТП1 и ТП2, реакторов Pt и Р2, служащих для
ограничения уравнительного тока.
Преобразователь ТП1 работает выпрямителем при подъеме лю-
бых грузов и инвертором — при спуске средних и тяжелых грузов.
Преобразователь ТП2, обеспечивающий противоположное направле-
ние тока в якоре двигателя, работает выпрямителем при силовом
спуске (а также в переходном режиме пуска двигателя на тормоз-
ной спуск) и инвертором — при торможении в процессе подъема.
Мощность тиристоров преобразователя ТП2 может быть выбрана
меньше, чек преобразователя ТП1, поскольку ток двигателя при си-
ловом спуске значительно меньше, нем при подъеме и спуске тяже-
лых грузов.
Регулирование выпрямленного напряжения 1)л тиристорного
преобразователя, т.е. напряжения на якоре двигателя, осуществля-
ется с помощью полупроводниковой системы импульсно-фазового
управления, состоящей из двух блоков СИФУ-1 и СИФУ-2, подаю-
щих на тиристоры по два отпирающих импульса 1)ш, сдвинутых
между собой на 60®. С целью упрощения системы электропривода
применяется совместное согласованное управление группами ревер-
сивного тиристорного преобразователя, при котором между углами
регулирования выпрямителя а. и интервала а* поддерживается со-
отношение ав+а.<180° с одновременным ограничением углов
СЬж,тах-<165о И СС*,т<п^15°.
151
Тиристорный электропривод крана имеет одноконтурную систе-
му управления, выполненную с применением быстродействующего
реверсивного суммирующего магнитного усилителя (СМУР), кото-
рый питается от генератора прямоугольного напряжения частотой
1000 Гц (на схеме не показан Система управления содержит силь-
ные отрицательные обратны связи (ООС) по напряжению Ud и то-
ку Id двигателя. Сигнал Uy в цепи управляющих обмоток СМУР
представляет собой разность задающего напряжения U3, поступаю-
лцегсг с резистора R4, и напряжения обратной связи ko.uUd, снимае-
мого е потенциометра ПОС. Значение я полярность задающего сиг-
нала, определяющего скорость и направление вращения привода,
регулируются с помощью иомандоконтроллера КК, переключающе-
го резисторы R1—R3.
В схеме предусмотрено ограничение уровня сигнала Uy с по-
мощью двух стабилитронов Ст/ и Ст2, включенных параллельно
управляющим обмоткам СМУР. Если разность напряжений Ua —
^ko^Ud превысит напряжение пробоя стабилитрона Uai, То стаби-
литроны будут проводить ток, а напряжение Uy на обмотках уп-
равления останется равным 17у ,ms = UCt. Следовательно, при
IZisS (U3—Ucr)/fcj,B обратная связь no Ud не действует, что обычно
Имеет место при токах двигателя (2,0+2,3)/а.вок. При меньших
токах /а сигнал обратной'связи ko.uUd>(Ui—Uct) н напряжение
Uy <Ua, поэтому ток через стабилитроны не проходит и ООС по
напряжению вступает в работу.
- Сигнал ООС по току Id с отсечкой (ток отсечки равен /От«) вы-
рабатывается блоком токовой отсечки БТО, который получает пи-
сание от двух групп трансформаторов тока (ТТ1~-ТТЗ и ТТ4~ТТб),
Первичные обмотки которых включены в провода питания преобра-
зователей ТП1 и ТП2. В каждой группе трансформаторов тока их
МторичиЫе обмотки, соединенные в звезду, включены на резисторы
Rt, с которых снимается трехфазное напряжение, пропорциональ-
ное току питания /гф соответствующего преобразователя, т. е. току
якоря двигателя, поскольку /яи/л. В блоке БТО эти напряжения
выпрямляются, и через стабилитроны отсечки результирующее на-
пряжение токовой отсечки иТл подается на токовые обмотки управ-
ления СМУР. Напряжение UT,0 равно нулю при токах |/а !</<>«.
При токах I /а| >4те величина 1Д,о>0, а полярность его такова,
что в выпрямительном режиме работы ТП1 или ТП2 рост 1/т,о при-
водит к уменьшению результирующего сигнала управления СМУР
и снижению напряжения Ud. В инверторном режи е работы ТП1
или ТП2, наоборот, при увеличении ит.о напряжение Ud возраста-
ет. Тем самым ограничивается ток !л в силовой цепи в статических
И динамических режимах. Значение тока отсечки 70»ci выбирается
для ТП1 большим, чем значение Ioni для ТП2.
Для получения крутопадающих механических характеристик
; ® = f (M) двигателя и ограничения темпа нарастания тока якоря в
переходных режимах дополнительно к перечисленным выше обрат-
'иым связям применяется положительная обратная связь по напря-
жению Ud, сигнал которой снимается с якоря двигателя и через ре-
зистор RB подается иа управляющие обмотки СМУР. Коэффициент
.Этой связи выбирается равнйм йПа = 1/Ат,п«Д1/у/Д1/л в соответст-
вии с начальным участком характеристики Ud = преобразова-
теля (рис. 3-14,6), но на порядок меньше коэффициента йо.в отрн-
153
цательиой обратной связи no Ve. Действие положительной связи в
Основном проявляется в зоне токовой отсечки, это обеспечивает вы-
сокий коэффициент заполнения кта = М<пс/МС1Оа «I характеристик
«'= 1(М).
На рис. 3-14, а изображены механические характеристики элек-
тропривода Подъема кран по системе ТП—Д для нескольких зна-
чений Задающего напряжения Ua, соответствующих различным по-
ложениям рукоятки комавдокоитроллера КК.
Полиад схема управления автоматизированного электропривода
мостового Крана с тиристорным управлением включает В себя все
блокировочные связи и защитные цепи, которые были рассмотрены
в приведенных ранее схемах.
М3. ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ ПОДВЕСНЫХ ЭЛЕКТРОТЕЛЕЖЕК
Для подъема и перемещения грузов в цехах промыш-
ленных предприятий, на заводских территориях и скла-
дах широко применяются подвесные электротележки
грузоподъемностью от 0,1 до 5 т. Они меньше мостовых
кранов, что сокращает размеры промышленных зданий,
а их обслуживание не требует1 квалифицированного пер-
сонала. В подвесных электротележках (рис. 3-15) в ка-
честве грузоподъемного механизма применяется элект-
роталь, состоящая из грузового канатного барабана 1,
приводимого во вращение двигателем 7 через редук-
тор 2. С главным валом’привода подъема связаны дис-
ки электромагнитного тормоза 3. Электроталь смонти-
рована на ходовой тележке 5, колеса которой опирают-
ся иа нижние полки двутавровой_балки — монорельса 6
и приводятся в движение от двигателя 4 через цилинд-
рический редуктор (небольшие электротележки ие име-
ют этого двигателя и перемещаются вручную).
Движение крюка 9 вверх ограничивается конечным
выключателем 8. Перемещение тележки по монорельсу
также-ограничивается конечными выключателями. Ток
к двигателям подводится от контактных проводов
(троллеев), подвешенных на уровне монорельса, прн
помощи токосъемников, укрепленных на кронштейне
ходовой тележки.
Подвесными электротележкамн оснащаются нкран-
балки— легкие мостовые краны грузоподъемностью ие
более Б т. Мост кран-балки, имеющий механизм пере-
мещения с электроприводом, выполнен в виде одной
балки, по которой движется ходовая электротележка.
Для привода подвесных электротележек, как прави-
ло, применяются трехфазныё асинхронные двигатели с
154
короткозамкнутым ротором и лищь при большой грузо-
подъемности» и необходимости регулирования скорости
для плавной «посадки» грузов — асинхронные двигате-
ли с фазным ротором. Электротележкамн с небольшой
Рис. 3-15. Общий вид подвесной электротележки.
скоростью перемещения (0,2—0,5 м/с), имеющими при-
вод от двигателей с короткозамкнутым ротором, обычно
управляют с уровня пола (земли) при помощи подвес-
ных кнопочных станций. В подвесных тележках н кран-
бал ках с кабиной для оператора (при скорости двнже-
155
ния 0,8—.1,5 м/с) двигателями с фазным ротором управ-
ляют посредством контроллеров.
На рис. 3-16 показана принципиальная электричес-
кая схема подвесной электротележки с приводом от
асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором.
Напряжение иа схему подается с троллеев, подклщчен-
Рис. 3-16. Электрическая схема подвесной электротележки.
иых к сети через автоматический выключатель В А.
Двигателями подъема Д1 н передвижения Д2 управля-
ют при помощи реверсивных магнитных пускателей КП,
КС {Подъем — Спуск) н КВ, КН (передвижение Впе-
ред— Назад), катушки которых включаются с по-
мощью кнопок КнП, КнС и КнВ, КнН. На элёктроте-
лежках ие применяют шунтирования замыкающих
контактов кнопок вспомогательными контактами кон-
такторов, поэтому работа каждого двигателя возможна
при условии^ что соответствующая кнопка удерживается
в нажатом положении. Это устраняет опасность ухода
тележки от оператора, так как при отпускании кнопки
двигатель отключается от сети. Для предотвращения
одновременного включения пускателей КП и КС, КВ и
КН служит блокировка размыкающими вспомогатель-
ными контактами пускателей. -
Режим работы двигателей подвесных электротеле-
жек зависит от их назначения. Если грузы перемещают
156
на небольшие расстояния, то двигатели работают в по-
вторно-кратковременном режиме (например, у тележек,
обслуживающих участки цехов или складов). Для теле-
жек, транспортирующих грузы по территорий завода на
относительно большие расстояния, режимы работы дви*
гателей подъема и перемещения различны; для первых
характерен кратковременный режим, для вторых —
длительный. Мощность двигателей подъема и перемеще-
l ния подвесных тележек определяется так же, как для
двигателей механизмов мостовых кранов.
3-14. ТОКОПОДВОД К КВАНАМ
Электроэнергию к> мостовым кранам подводят от об*
щей сети переменного тока или от преобразовательных
установок постоянного тока. Поскольку механизмы кра*
на вместе с электродвигателями и аппаратурой переме-
167
шаются относительно источника питания, токоподвод к
ним осуществляется при помощи контактных проводов-
троллеев или гибким кабелем.
Токоподвод плоским гибким кабелем применяется
только для кранов, работающих во взрыво- и пожаро-
опасных помещениях. Троллейный токоподвод выполня-
ется с жесткими троллеями из профилированной стали
в виде уголков, рельсов или швеллеров, а также с гиб-
кими троллеями из стали круглого сечения или сталь-
ных омедненных проводов.
Схема токоподвода к мостовому крану на перемен-
ном токе с гибким кабелем показана на рис.3-17, а. Здесь
М. — мост крана. От цеховой подстанции П через авто-
матический выключатель В А питание подводится кабе-
лем к сборной коробке КС, установленной у одного из
концов подкранового пути 4. От этой Коробки после
рубильника В идет главный гибкий кабель 3 к вводно-
му выключателю ВВ защитной панели ПЗ крана. Ка-
бель 3 может быть собран в петли вдбль подкранового
пути при помощи роликовых кареток 1, свободно пере-
мещающихся по специальному рельсу 2, установленно-
му вдоль подкранового пути, или по туго натянутому
канату вдоль этого пути. ,
На рис. 3-17,6 изображена схема троллейного токо-
подвода на переменном токе. От сборной коробки КС
питание подводится к главным троллеям Т1—ТЗ, уста-
новленным На изоляторах 3 н располагаемых вдоль под-
кранового пути (на рисунке показаны троллеи из угол-
ка). По ребрам уголков скользят чугунные башмаки 1,
шдрнирио закрепленные на изоляторах стойки токо-
съемника 2 моста. При помощи медных многожильных
перемычек 4 башмаки соединяются с зажимами 5, от
которых отходят провода к защитной панели.
Аналогичным образом осуществляется троллейный
токоподвод к тележке крана. Вспомогательные троллеи
(или гибкий кабель) располагаются вдоль пролета мос-
та, а токосъемники — на тележке.
Выбор сечения токоподводящнх проводников (трол-
леев н гибких кабелей) производят по току нагрузки, я
по потере напряжения. Поскольку двигатели крановых
механизмов, как правило, работают с переменной на-
грузкой, а несколько двигателей одного крана могут
работать неодновременно, .расчетный ток проводников
определяют приближенными методами. Один из таких
158
. методов основан на использовании опытных данных по
эксплуатации кранов и рассматривается ниже..
Расчетная мощность Рр, кВт, потребляемая из сети
группой двигателей, определяется по формуле
= + (3-29)
где Р8 — установленная мощность при ПВ=25% трех
наиболее крупных двигателей в группе, кВт; Рс — сум-
марная мощность при ПВ=25% всех двигателей в груп-
пе, кВт; Ь и с — опытные коэффициенты (обычно Ь=
=0,064-0,18; с=0,3).
Расчетный ток /р, А, для кранов, работающих на пе-
ременном и постоянном токе, соответственно равен:
= 1000 Рр/(РТ ияоы cos Ф); (3-30)
/р = IOOOPj/I/bom. (3-31)
где (7Ном — номинальное напряжение сети, В; cos ф —
средний коэффициент мощности двигателей, принимае-
мый равным 0,7. *
Сечения троллеев и кабелей выбирают по расчетно-
му току. При этом должно соблюдаться условие
/р^/дош (3-32)
где /доп — длительно допустимый ток для проводника
выбранного сечения, А.
Потеря напряжения Ли, %, в крановой сети при про-
хождении пусковых, тормозных и рабочих токов не
должна превышать 8—12% из условия сохранения до-
статочной перегрузочной способности асинхронных дви-
гателей, нормальной работы электромагнитов и элект-
рических аппаратов управления. Общая допустимая
потеря напряжения распределяется по участкам крано-
вых сетей следующим образом: главные троллеи 3—4%;
магистраль до главных троллеев 4—5%; сеть в пределах
крана 1—3%. Для установок с редкими пусками допус-
кается Ли не более 15%.
При расчете по потере напряжения сечение s, мм2,
медных и алюминиевых проводов для переменного и по-
i для каж-
стбянного тока соответственно определяется
дого участка сети по формулам
5= 100 у 3 Zmox I cos ф/(<гАм' % f/H0I14);
s=, 100.2/^//(оДд'%^,
(3-33)
(3-34)
159
где I max — максимальный ток нагрузки, А; /-—длина
провода, м; о—удельная проводимость материала про-
вода, м/(Ом-мм5) (для меди она равна’57, для алюми-
ния 35; для стали 8); Ди'% —допустимая потеря на-
пряжения на участке.
- Значение /««, А, для главных троллеев и проводов
'магистрали определяется в зависимости от числа присо-
единенных кранов:
при одном кране
^тах ” ^воМ *Ь Лим»! (3-'35)
при двух кранах
Алах = Л^ном! 4" ^ном» "Ь Лк>м1,*» (3-36)
где т — кратность пускового тока; IBO„t — номинальный
ток наибольшего двигателя первого крана, А; /жом!—-
номинальный ток второго по величине двигателя того
же крана, А; /воыл — номинальный ток наибольшего ио
мощности двигатели второго крана, А.
Из двух значений сечения проводников, определен-
ных по /доп н по Ди %, выбирают большее.,
Для стальных троллеев, передающих переменный
ток, следует учитывать реактивную составляющую по*
тери напряжения. В этом случае выбранное по /ДОп се-
чение троллея проверяют по потере напряжения с уче-
том влияния ее реактивной составляющей согласно фор-
муле
Au^-lOOj/r^coscF+Xsincf)/^,////^, (3-37)
где R и X — соответственно активное и реактивное со-
противления троллея на 1 м длины, Ом/м (находятся
из справочной литературы).
Наиболее распространенные сечения троллеев из
уголковой стали —от 50x 50x 5 до 75x75x10 мм. Час-
то в случаях, когда сечение троллеев не удовлетворяет
требованию Ди^ДНдел, применяют дополнительное пи-
тание их в нескольких точках. Для этого обычно -ис-
пользуют алюминиевую шину, прокладывая ее парал-
лельно троллею на тех же Крепежных конструкциях,
В справочниках значения ГЯов для стальных тролле-
ев даются обычно при переменном токе и ПВя»100%.
При меньших значениях ПВ нагрузка может быть уве-
личена, например, при ПВ=40%, в 1,5 раза. Нагрузка
100
на Стальные троллеи при постоянном токе моЭкет быть
увеличена в 1,5—2 раза по 'Сравнению с допустимой на-
грузкой на переменном токе.
Крановые сети защищены от токов к.з., но обычно не
. имеют специальной защиты от перегрева. Поэтому в со-
ответствий с ПУЭ аппараты зашиты от токов к.з. выби-
рают так, чтобы номинальный ток плавкой вставки
/вст^З/дса^ а ток срабатывания электромагнитного рас-
цепителя автоматического выключателя /ср»б=С4,5 /доп,
где /доп — длительно допустимый ток защищаемого уча-
стка сети. Для автоматический выключателей с комби-
-нированными расцепителями должно соблюдаться усло-
вие /иом,рвении ,5/доп, где /вом.расц — НОМИНальИЫЙ ТОК
расцепителя.
Глава четвертая
ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ И АВТОМАТИЗАЦИЯ
ЛИФТОВ
4-1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ЛИФТАХ
В различных отраслях народного хозяйства использу-
ются подъемные механизмы прерывистого режима рабо-
ты, служащие для перемещения людей и грузов в верти-
кальном направлении по строго определенному пути в
специальных грузонесущих устройствах— кабинах, ков-
шах, сосудах и т. п. К числу самых распространенных ме-
ханизмов вертикального транспорта относятся лифты, ко-
торые находят все большее применение в зданиях совре-
менных промышленных предприятий и в жилых домах.
Лифты являются стационарными механизмами, пред-
назначенными для транспортировки с одного этажа зда-
ния на другой грузов и людей в кабинах, которые переме-
щаются в огражденной со всех сторон шахте. В настоящее
время лифты выполняются с высокой степенью авто-
матизации операций по открыванию и закрыванию две-
рей, по передвижению н остановке кабины; они отлича-
ются безусловной безопасностью, комфортабельностью и
общедоступностью пользования.
По назначению лифты разделяют на пассажирские»
грузовые с проводником и без проводника, грузопасса-
жирские» специальные. По скорости движения кабины
11-612 1М
различают тихоходные (до 0,5 м/с), быстроходные (до
1,0 м/с) н скоростные (свыше 1,0 м/с) пассажирские
лифты. Грузовые лифты чаще всего работают при скоро-
сти движения кабины 0,1—0,5 м/с. Грузоподъемность
пассажирских лифтов составляет от 250 до 1500 кг (т. е.
от 3 до 21 пассажира), грузовых — от 50 до 5000 кг.
При большом разнообразии вариантов конструкций
пассажирских и грузовых лифтов основными узлами обо-
Рис. 4-1. Общий вид пассажир-
ского лифта.
рудования для них являют-
ся подъемная лебедка, кана-
ты, кабина, противовес,
двигатель, механический
тормоз и аппаратура управ-
ления.
На рис. 4-1 показан об-
щий вид пассажирского
лифта. В огражденной со
всех сторон шахте 2 по на-
правляющим 4 я 15 переме-
щается кабина 6, подвешен-
ная на несущих канатах 7,
которые навиваются в не-
сколько заходов в клино-
видные или полукруглые до-
рожки на поверхности кана-
товедущего шкива 12. Связь
между шкивом 12 и главны-
ми канатами 7 осуществля-
ется за счет трения, а не
жестким креплением, как в
барабанных лебедках мос-
товых кранов. На другом
конце канатов 7 подвешен
противовес 14, который дви-
жется по своим направля-
ющим. Движение шкиву и
несущим канатам сообща-
ется от двигателя 10 в боль-
шинстве случаев через чер-
вячный редуктор.
На верхней части каби-
ны современных лифтов ус-
танавливается электропри-
вод дверей, который через
16S
Систему рычагов раздвигает створки дверей. Питание к
Двигателю дверей, а также к аппаратуре управления и
Сигнализации, расположенной в кабине лифта, подво-
дится гибким кабелем 5. Через этот же кабель осуще-
ствляется связь с электрооборудованием, находящимся
вне кабины. * -
Высокие требования безопасности пользования лиф-
/Утом вызывают необходимость применения специального
оборудования, действующего при различного рода по-
вреждениях и авариях. На валу двигателя установлен
^электромагнитный тормоз 11, затормаживающий привод
при снятии напряжения' с двигателя при нормальной ра-
боте и в аварийных режимах. Для предохранения каби-
ны и противовеса от удара об пол шахты >нри отказе в
работе конечных выключателей 3, ограничивающих пе-
ремещения кабины в крайних положениях, служат мас-
ляные или пружинные буферы 1 и 16, на которые садят-
ся кабина или противовес. Для предотвращения падения
кабины при обрыве канатов (это происходит весьма ред-
ко) или при движении ее со скоростью, превышающей
заданную, применяются специальные ловители, устанав-
ливаемые в нижней части кабины, с клиновидными или
клещевыми захватами, губки которых захватывают на-
правляющие 4, 16 и не только надежно тормозят кабину,
но и удерживают ее в состоянии покоя после остановки.
Двигатель, редуктор, тормозной электромагнит и
канатоведущнй шкив монтируются на общей раме 13 и
вместе со шкафом управления 9 устанавливаются в ма-
шинном помещении, чаще всего над шахтой. Верхнее
расположение машинного помещения более экономично,
чем подвальное, вследствие меньшей длины несущих ка-
натов и снижения числа промежуточных блоков.
Вызывные кнопки располагаются на лестничных пло-
щадках. Для остановки кабины на заданном этаже при-
меняются этажные переключатели 8.
4-2. ОСНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К ЭЛЕКТРОПРИВОДУ ЛИФТОВ
i - Для качественного выполнения операций по транспор-
р тировке грузов и пассажиров при высокой производи-
тельности электропривод лифтов должен обеспечить:
реверсивную работу двигателя; плавный пуск и тормо-
* жение при условии, чтобы ускорения и замедления,
Г, 4 также их производные не превышали установленные
1 il’z 163
нормы; минимальное время переходных процессов; точ-
ную остановку кабины против уровня пола этажа.
Выполнение этих требований связано с некоторыми
особенностями работы лифтов, которые хорошо видны из
формульГпроиаводительности пассажирского лифта (чис-
ла перевезенных пассажиров в час);
п ЗСООуЕк
2///кв + 2Г ’
где £ — номинальная емкость кабины (грузоподъем-
ность) , т. е. число пассажиров без проводника; Я*—высота
подъема, м; vK — скорость движения кабины, м/с; 2/—•
время, затрачиваемое на всех остановках на открывание
и закрывание дверей, вход и выход пассажиров, разгон
и торможение кабины, с; у — коэффициент загрузки Ку-
бицы, зависящий от интенсивности потока пассажиров;
д ля лифтов 6—10-этажных зданий ?=0,6--0,8.
Из формулы (4-1) следует, что производитель-
ность лифта прямо пропорциональна емкости кабины и
определяется скоростью движения, но не в прямой про-
порции. Для лифтов с большими кабинами в (4-1) зна-
чительно возрастает второй член знаменателя, завися-
щий в основном от времени входа и выхода пассажиров
из кабины.
Лифты с большой скоростью движения кабины (свы-
ше 2 м/с), если она должна делать остановки на каждом
этаже, фактически не используются по скорости, ибо на
одном перегоне между этажами (прн //=3,2-~3,6 м) по
условиям заданного ускорения кабина ие может развить
скорость выше 1,6—1,8 м/с, так как по достижении такой
скорости ее опять требуется снижать для обеспечения
точной остановки. Скорость кабины более 1,5 м/с прнни-
•мается для скоростных лифтов в том случае, если они
работают с экспрессными зонами, т. е. обслуживают не
все этажи подряд, а кратные 2 или 5. Междуэкспрессные
зоны могут обслуживаться лифтами с меньшими скоро-
стями движения. w -
Допустимые значения ускорения кабины при пуске и
замедления ее при остановке в нормальных режимах ра-
боты для тихоходных и быстроходных лифтов составля-
ют 1,5 м/с3, для скоростных лифтов 2,5 м/с2. Максималь-
ное замедление при остановке кнопкой <Стоп» не должно
превышать 3,0 м/с3. Наибольшая допустимая скорость
изменения ускорения (производная ускорения по време-
ни
)
ни—рывок) ограничивается значениями 3—10 м/с3. От-
граничение ускорения в- рывка определяется нормальным
.самочувствием пассажиров независимо от их возраста и
достояния здоровья, а также необходимо в целях сниже-
ния динамических нагрузок на несущие канаты и кабину
лифта.
Для обеспечения удобства и безопасного входа и вы-
хода пассажиров, загрузки и выгрузки грузов, а также
♦для сокращения длительности этих процессов кабина
; Лифта после торможения должна остановиться против
уровня этажной площадки с заданной степенью точности.
Неточная остановка в пассажирских лифтах влечет за
собой увеличение времени входа и выхода пассажиров, в
[ грузовых лифтах — затрудняет, а в некоторых случаях
делает невозможной загрузку и разгрузку кабины.
При автоматизации подъемной установки какие-либо
действия оператора исключаются, и управление процес-
сом точной остановки полностью возлагается на элек-
тропривод, что в ряде случаев оказывает решающее зна-
чение на выбор типа электропривода лифта. Для обеспе-
чения точной остановки кабины обычно применяют сни-
жение ее скорости перед остановкой.
Рассмотрим схему процесса остановки кабины лифта (рис. 4-2).
При подходе кабины к этажной Площадке происходит переключе-
ине путевого датчика точной остановки ДТО упором У иа кабине,
К в схему управления электроприводом поступает командный им-
пульс. После срабатывания датчика кабина некоторое время будет
i. продолжать следовать с постоянной скоростью vK = vBa4, м/с, пока
' ие сработают аппараты, отключающие двигатель от сети, и не на-
ложится механический тормоз. Кабина прн этой скорости пройдет
путь S', м, определяемый выражением
S' “ Оодч /ап
или
(4-2)
А(,Ш Дк.Ш .
s 2»р /ап’
где t«a — суммарное времи срабатывания аппаратов, с; <овач и <р'—
угловая скорость вала двигателя, рад/с, и угловой путь его, рад,
Соответствующие скорости оим и пути S'; — диаметр канато-
I Ведущего шкива, м; ip — передаточное число редуктора.
Далее происходит торможение кабины под действием суммар-
I него тормозного момента Aft,s; Н-м. За время торможения запа-
Ь сенная во всех движущихся элементах установки кинетическая
“ анергия Лкжв, Дж, будет израсходована на совершение работы А,
Дж, по преодолению сил сопротивления движению на проходимом
R‘ кабиной тормозном пути S", м. Этому пути отвечает угловой путь
вала двигателя <₽", рад.
165 .
Известно, что
Лкин=/х ®иаЧ/2>
где/i —суммарный приведенный к валу двигателя момент
ции установки, кг-м*.
В свою очередь
Причем
МтЛаМн'Т±Мс,
Урбвенъ
этажа с
*////^///77777777?
ДТО
начало
тормоз/ю-
ыт/ти.
-----ГС
-Л$тт
t*
<Q
—
S со
•- СО
УроЬенъ Titfna
кабины
Рис. 4-2. (дема процесса останов-
ки Жабины. Уровни пола кабины: ,
й*С| при недоподъеме, С2-с3 при
переподъеме; с-с при точной оста-
новке.
где AfM,T—момент механического тормоза, Н-м; Мс — момент ста-
тической нагрузки на валу двигателя, Н-м.
. Из условии А » Аияв можно определить путь торможения
о. в&ч Рк.ш
“ ( 3)
Следовательно, общий путь S, м, пройденный кабиной с начала
воздействия па датчик точной остановки и до полной остановки ка-
бины, найдется как
S = S' + S' = (ZT ш/2) [<он„ /ап + J2 <4ч/(2Л«т.х ip)l - (4-4)
Величины Шв«ч, /2 , tan и Мя>2 = МК,Г±МС при работе лифтй
изменяются в более или менее широких пределах. Действительно,
момент инерции /2 и статический момент Мс зависят от загрузки
кабины; скорость ©яач определяется жесткостью механической ха-
рактеристики двигателя и значением. Мс: время /ап и момент тормо-
за Мн,т не остаются в процессе работы постоянными под влиянием
различных случайных факторов. Поэтому остановочный путь S так-
же изменяется по величине.
.Обозначим через Sm« и 5Ж(П наибольшее и наименьшее воз-
можные значения пути S. Его среднее значение
Se = {Sjnax 4- Smin)/2.
W0
Датчик точной остановки ДТО устанавливают на расстоянии
So от уровня ноля этажа (рис. 4-2). Тогда максимальная неточность
остановки кабины, характеризуемая величиной
ASma* — (Sntax — Sm/„)/2,
может быть подсчитана по формуле
а.с п. с'/д<ап , &Шмч\, Дш
"Saw* 5ol;------Г— J+ So 2-----------
Vano «Иначе / \ ш11ачо
ДМтЕ
Mt.S0 Л:0
(4-5)
где Дювач, Д?ап, ДЛ1Т.Е , Д/Е — наибольшие возможные отклонения
величин от их средних значений; 5g и Sg — составляющие остано-
вочного пути, определенные по формулам (4-2) и (4-3) для средних
значений ышч9, >ам„ Л4тХ0 и
Из выражения (4-5) следует, что повысить точность остановки
можно в первую очередь путем снижения е>ж«чо, а также уменьше-
нием времени 4по'и увеличением тормозного момента Поэто-
му следует применять быстродействующие аппараты (реле, контак-
торы и др.) и сокращать число последовательно срабатывающих
аппаратов. Повышение момента механического тормоза может, од-
нако, привести к увеличению темпа торможения кабины выше до-
пустимого значения (в, = doK/d/>a4On).
Наиболее эффективно влияет на точность остановки начальная
скорость кабины при торможении. Поэтому при больших рабочих
скоростях лифта Орав необходимо заблаговременно снизить перед
остановкой кабины ее скорость до значения о?»чаСпв»ч.доп, при кото-
рой неточность остановки ASmax не будет превосходить допустимого
значения Д$доп. Следовательно, электропривод должен обеспечить
необходимый диапазон регулирования скорости Р=шраб/<о»аж. Важ-
но также, чтобы начальная скорость оставалась примерно постоянной
при нзменеийи загрузки кабины, для чего механическая характерис-
тика двигателя при пониженной скорости должна быть достаточно
жесткой.
Значения ДЗЯОП лежат в пределах 35—50 мм — для пассажир-
ских,' грузопассажирских и грузовых свободно загружаемых лифтов;
10—15 мм — для грузопассажирских и грузовых лифтов с грузами
на тележках. При расчетах точности остановки обычно принимают:
Д«еивч/й)Н1чв0,2'^'1 >; ДМм.т/Мы т=0,1+0,2, Д/апДап=0,154-0,20.
Начальную скорость <оВач о, при которой будет обеспечена необ-
ходимая точность остановки, можно определить, разрешив уравне-
ние (4-5) ОТНОСНТеЛЬНО ШаааО-
4-3. ТИПЫ ЭЛЕКТРОПРИВОДА И ОСНОВНОЕ
ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ ЛИФТОВ
Для привода лнфтов применяют двигатели с жестки-
ми механическими характеристиками — трехфазные асин-
хронные и постоянного тока с независимым возбуждени-
ем, специально рассчитанные на повторно-кратковремен-
167
ный режим работы (серий АС, АСШ, МПЛ, а также це-
новых серий), либо двигатели продолжительного режима
работы (серий АО2, 4А, П, 2П). '
Для упрощения конструкции лифтовых установок и
возможности Эксплуатации нх персоналом средней ква-
лификации целесообразно применять наиболее простой
электропривод с асинхронным двигателем с короткоза?
минутым ротором. Однако такие двигатели могут быть
использованы только в тихоходных пассажирских и
грузовых лифтах.
Быстроходные лифты для повышения точности оста-
новки оборудуются асинхронными двухскоростнЫми дви-
гателями, обеспечивающими пониженную скорость перед
остановкой кабины. Асинхронные двигатели с фазным
ротором устанавливаются в тихоходных и в редких слу-
чаях в быстроходных лифтах, обычно при ограниченной'
мощности сети, питающей подъемную установку.
Для скоростных лифтов самым распространенным ти-
пом электропривода является системе Г—Д, в которой
для питания обмотки возбуждения генератора применя-
ют магнитные, электромашинные и тиристорные усилите-
ли. Эта система дорога, сложна в наладке и эксплуата-
ции, но позволяет получить близкий к оптимальному за-
кон изменения скорости привода во время пуска и тор-
можения, а также обеспечить точность остановки кабины
в пределах жестких технических требований.
В настоящее время нахбдят все большее применение
тиристорные преобразователидля питания якоря двига-
теля постоянидго тока. Использование систем ТП—Д
совместно с унифицированными блоками управления
позволяет достаточно точно реализовать законы опти-
мального пуска и торможения, а также точную остановку
кабины‘скоростных лифтов.
Все электрооборудование лифтов выполняется в со-
ответствии с «Правилами устройства и безопасной экс-
плуатации лифтов». Напряжение главных цепей в шах-
тах, кабинах и на этажных площадках должно быть не
выше 380 В, осветительных цепей, а также цепей управ-
ления и сигнализации — не выше 220 В, переносных
ламп — не выше 36 В.
Для управления лифтами, кроме аппаратуры общего
применения (контакторы, реле, кнопки управления, ко-
нечные выключатели н др.), используется специальная
аппаратура. -~-*-
ИЮ
Этажные переключатели устанавливаются в стволе
шахты около каждого .этажа и дают информацию о по-
ложений кабины, необходимую для построения схемы
автоматического выбора направления движения, а также
команду на отключение двигателя при остановке. Они
представляют собой трехпозицнонные рычажные путе-
7 Рис. 4-3. Этажный переключатель (а) и отводка кабины (б).
Вг
L -вые командоаппараты (рис. 4-3,о). В корпусе на изоля-
* ционной пластине / укреплены неподвижные Контакты 2,
Е которые замыкаются подвижными контактами 3, распо-
Е ложеннымн на рычаге 4 с резиновым роликом 5 на конце.
| При ходе кабины вверх под действием фасонной отвод-
К ки 6 (рис. 4-3,6) рычаг 4 поворачивается вправо, чпри
К ходе кабины вниз — влево. При этом замыкаются соот-
к ветствующие пары неподвижных контактов. Когда каби-
К. на находится на уровне этажа, контакты переключателя
Т разомкнуты,
И??
169
Рычажные переключатели применяют в схемах уп-
равления грузовыми лифтами. Общий вид переключате-
ля показан на рис. 4-4. К кабине лифта крепится корпус
1 переключателя, через который проходит валик 3. На
валик насажены рукоятка 2, которая располагается внут-
ри кабины, и рычаг 4 на ее внешней стороне» Внутри
Рис. 4-4. Рычажный переключатель.
корпуса' имеется пружина, Которая стремится удержать
рукоятку в среднем положении. При повороте рукоятки
вправо или влево замыкается одна из пар контактов, че-
рез которые подается сигнал на включение двигателя
лифта на подъем или спуск. При отпускании рукоятки
контактная система размыкается, и двигатель отключа-
ется. Одновременно аппарат используется и как конеч-
ный выключатель, поскольку прн подходе кабины к край-
ним положениям специальные направляющие воздейст-
вуют на ролик 5 рычага 4 и переводят его в исходное по-
ложение, что вызывает отключение привода.
Переключатели' скорости имеют несколько другой
конструктивный вид, но тот же принцип действия, что и
этажные переключатели. Их устанавливают в стволе,
шахты на расстоянии 0,5—0,6 м ниже и выше уровня по-
ла этажа; они служат для подачи импульса на снижение
скорости перед остановкой кабины,
170
Нк Существенным недостатком любой конструкции ме-
'Ханических переключателей является их быстрая разре-
гулировка, особенно при больших скоростях движения
^Механизма и частых переключениях. Такие переключате-
лей при работе создают также значительный шум и радио-
помехи. Поэтому в настоящее время все более широко
Г
Л)
Рис. 4-5. Индуктивный датчик,
а — общий вид; б—едена включения.
датчики, работающие на
применяются бесконтактные
< принципе изменения электрических параметров.
Индуктивные датчики ИД используются в качестве
этажных переключателей н переключателей скорости в
: схемах управления быстроходными лифтами. Общий вид
одного из вариантов конструкции датчика показан на
рнс. 4-5, а. П-образный стальной шихтованный сердечник
/, на котором находится катушка 2, устанавливается в
стволе шахты. Фасонная стальная скоба (магнитный
шунт) 3 прикрепляется к кабине. При разомкнутой маг-
нитной системе сопротивление катушки датчика будет
невелико. Когда стальная скоба прн движении кабины
перекрывает магнитную систему датчика, резко возрас-
тает его индуктивное сопротивление и скачком изменяет-
ся ток в цепи катушки. Это обстоятельство можно . ис-
пользовать для включения и отключения реле управле-
ния РП (рис. 4-5,6), работающих на переменном или
постоянном токе. Для обеспечения надежной и четкой ра-
боты реле параллельно катушке 2 включается конденса-
тор С, емкость которого подблрают из условия получения
в контуре режима, близкого к резонансу токов.
Все большее применение находят также путевые дат-
чики типа ДПЭ с герконами [21].
Этажные реле (их количество равно числу этажей
здания) включаются по одному последовательно с ка-
тушками контакторов направления КВ или КН (см. рис.
4-8, о) и служат для шунтирования вызывных и пусковые
кнопок.
Дверные контакты предназначены для блокировки,
позволяющей кабине лифта перемещаться лишь при за-
крытых дверях кабины и шахты, что необходимо по со-
ображениям безопасности. Дверные контакты представ-
ляют собой малогабаритные конечные выключатели для
цепей управления (типов В-10, ВБ-30 и др.) с контактом,
который замыкается при закрытии двери.
Контакты пола имеют такое же устройство, как и
дверные. Они приводятся в действие при входе пассажи-
ра в кабину, так как пол кабины выполняется подвиж-
ным (одной стороной крепится на шарнире). В схемах
управления лифтами контакты пола используются для
различных целей: для исключения вызова кабины с пас-
сажирами иа другой этаж кнопками на этажных пло-
щадках, для обеспечения вызова кабины на этажи после
выхода пассажиров и закрытия дверей шахты, а также
для перемещения пустой кабины прн открытых ее дверях
(в лифтах старых конструкций).
Контакты ловителя связаны с механизмом захвата
ловителя. При его срабатывании контакты размыкаются
н отключают двигатель лифта.
Магнитная отводка — электромагнитное устройство
(применяется в лифтах старых конструкций), устанавли-
ваемое на кабине н контролирующее работу замков две-
рей шахты. Магнитная отводка имеет специальный упор,
соединенный с якорем электромагнита. Когда кабина
находится на этаже, катушка магнитной отводки не по-
лучает питания, и под действием пружины упор отводит
защелку замкй дверей шахты, позволяя их открыть. При
движении кабины на катушку подается напряжение,
упор убирается, и дверь шахты остается закрытой. Такие
отводки применялись в лифтах с ручным приводом две-
рей шахты.
ft 4-4, РАСЧЕТ НАГРУЗОК И ВЫБОР МОЩНОСТИ ДВИГАТЕЛЕЙ
ЛИФТОВ
. Выбор мощности двигателя лифта заключается в
предварительном подборе двигателя по статической на-
грузке да цикл работы и последующей проверке на на-
| Грев с учетом переходных процессов при Пуске и тормо-
Кжении привода.
В. Современные лифты имеют
I Противовесы, которые выбира-
ются с таким расчетом, чтобы
ж противовес уравновешивал си-
I ..лу тяжести пустой кабины Go
К н части номинального подни-
I маемого груза aGH0M:
Gnp = СО + аСяои, (4-6)
К где Gnp — сила тяжести про-
В. тивовеса, Н; а — коэффициент
Г уравновешивания, который
обычно принимается равным
К 0,4—0,6.
|fc* Противовес в подъемниках
К необходим, так как при его от-
£ сутствии для перемещения за-
1 Груженной кабины потребова-
В -Лось бы увеличение мощности
J двигателя н, кроме того, при-
плод совершал бы дополннтель-
ВЕную работу по подъему и тор-
I можению при спуске не только
№ полезного груза G, ио и балла-
Вр'стного груза Go.
Если пренебречь трением в направляющих кабины н
Еж противовеса, то в соответствии со схемой на рис. 4-6
ИК без учета силы тяжести несущих канатов НК усилие
'<f>Fc, Н, на канатоведущем шкиве КШ определится как
разность сил F» и Fj, т. е.
Fc = Fi-F8 = G-aGH0M, (4-7)
Ч^тде F|=Go+G и F2— Gnp — усилия в набегающей и сбе-
регающей ветвях канатов, Н.
173
Из формулы (4 7) следует, что нагрузка двигателя,
определяемая усилием Fc, зависит от загрузки кабины
и от коэффициента уравновешивания а. Кроме того,
при 'значительной высоте подъема Н и большой грузо-
подъемности лифта существенное влияние иа нагрузку
станет оказывать сила тяжести несущих канатов. В этих
случаях лифты снабжают уравновешивающими каната-
При FC>X) двигатель лифта будет работать в двига-
тельном режиме при подъеме кабины и в генераторном
режиме при ее спуске, при Fe<0 — в генераторном ре-
жиме при подъеме н в Двигательном режиме при спуске.
Статические мощность и момент на валу двигателя
определяют по формулам:
^с! ~ ^с^н‘ Ю ^cl = T)pi); | (4-8)
— Рс РиЧг — ^Гс^к,шт1р»Ч2*р). J
где Pci, Afci и Ра, Ма— мощность, кВт, и момент, Н-м,
при работе привода соответственно в двигательном и
генераторном режимах; DK, ш — диаметр канатоведу-
щего шкива, м; ip — передаточное число редуктора;
*)р1 и т]Р2 — КПД редуктора при прямой и обратной пе-
редаче мощности.
Поскольку йагрузки лифта и циклы его работы, как
правило, могут быть весьма различными, то предвари-
тельный выбор мощности двигателя удобнее выполнить
исходя из условного расчетного цикла. Этот цикл со-
стоит нз рабочих операций подъема номинального гру-
за с первого этажа на последний и спуска пустой каби-
ны на первый этаж.
Приняв, что скорости подъема и спуска кабины ок
одинаковы н равны номинальной скорости овом, т.е.
времена подъема ta и спуска /с равны, и определив по
формулам (4-8) значения статических мощностей Pci и
Ра для указанных нагрузок, находят эквивалентную
статическую мощность за суммарное время рабочих
операций:
Р = 1 j/"**01 ta =а 1/^ л»
«=’•₽ И /„-Но ' 2 '
г
При расчете Р& и Ра допустимо считать, что значе-
ния ЛПД редуктора т)и=Прз—Пр.нои.
174
Продолжительностью включения ПВрасч следует за-
даться, имея в виду, что, например, для пассажирских
лифтов жилых домов ПВ«40%, для лифтов адми-
нистративных зданий ПВ»60%. Следовательно, значе-
ние ПВрасч можно принять равным соответствующему
значению ПВвом-
Тогда требуемая мощность двигателя Рдв, кВт, при
ПВном определится как
Рдв = ^3 ^C.B.pi (4’10)
где k3==1,3-5-1,5— коэффициент запаса, учитывающий
влияние на нагрев двигателя динамических нагрузок,
которые обычно бывают значительными.
Необходимая угловая скорость двигателя, рад/с
®дв = 2рясм >ш. (4-11)
Затем по каталогу выбирают двигатель повторно-
кратковременного режима работы по условиям
^НОМ ^^дв» ®ном ~ ^дв- (4-12)
Для проверки выбранного двигателя на нагрев рас-
считывают одну — две нагрузочные диаграммы двига-
теля с учетом статических и динамических на-
грузок для наиболее типичных циклов работы лифта.
В качестве примера в табл. 4-1 указан один из возмож-
ных вариантов цикла работы пассажирского лифта
9-этажного здания.
Порядок построения нагрузочной диаграммы элект-
ропривода н ход проверки двигателя на нагрев те же,
что и для двигателей механизмов крана (§ 3-7). Стати-
Таблица 4-1
Цикл работы лифтовой установки 9-этажного здания
Наименование параметра Подъем ие 3-й этаж Пауза Подъем ва в-й этаж Пауза Подъем иа 9-й этаж Пауза Спуск ва 1-й этаж | Пауза J
Статический момент Mei, Нм Mei — Л4с» — Л1Сз —
Высота подъе- ма (спуска) hi, м л. 0 Ла о А» 0 0
175
ческие моменты Afc, < определяют по формулам (4-8).
Времена пуска /п,ь торможения tT>,-, установившегося
движения ty,i и соответствующие пути, проходимые ка-
биной, определяют по формулам § 3-7. Суммарное вре-
мя движения кабины за цикл 2/p.i=2G.*+Sfn,r+2/r,i,
суммарное время остановок Х/о< н время цикла /ц==
S/p,i+S tol+доб.
Прн расчете времени пуска и торможения важно
иметь в виду, что момент инерции привода, кг-м2, сози-
дается всеми вращательно и поступательно движущи-
мися массами, приведенными к валу двигателя:
/х Дв ”Ь пр = *^дв *Ь /др ~Ь пр» (^"13)
где /дв — момент инерции ротора двигателя; /вр — при-
веденный момент инерции вращающихся масс лебедки,
тормоза и соединительных муфт; приближенно берут
/вр»А/дя=0,17Д1; /вр— приведенный момент инерций
всех движущихся масс лифтовой установки, который
равен /Пр=(тГр+т11р-|-тд+тя.к+л1у,в)(»ж/®л.)8; тгР)
/Пир, тк, та,к и тур — масса соответственно груза, про-
тивовеса, кабины, несущего и уравновешивающего ка-
натов.
Если /пр соизмерим с /дв, то прн определении Js ис-
пользуют формулы (3-12), (3-13).
Дополнительное время ?ДОб принимается равным
0,1 (2<₽, j-f-S/oi); оно учитывает время движения ка-
бины на пониженной скорости, время возможных за-
держек и другие факторы. Время остановки (пауза) —
это время, необходимое для открывания и закрывания
дверей кабины и шахты, входа н. выхода пассажиров,
погрузки и разгрузки грузов, а также для включения
двигателя лифта. Для пассажирских лифтов с автома-
тическим приводом дверей время остановки составляет
6—8 с. >
Так же как и для мостовых кранов, производят про-
верку двигателя лифта по кратковременной перегрузке,
надежности пуска и допустимым ускорениям и замед-
лениям-.
4-5. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СХЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ
ЛИФТАМИ
Лифт является движущейся установкой с относи-
тельно сложным электрооборудованием. Ею часто уп-
равляют пассажиры, не ймеющие соответствующей ква-
176
лнфикации, и их роль при пользовании лифтом должна
сводиться к нажатию одной-двух кнопок.- Поэтому к
схемам управления лифтами предъявляются повышен-
ные требования в отношении надежности и безопасности
пользования. Эти требования особенно высоки в лифтах
без проводника с автоматическим приводом дверей, где
отсутствует постоянный надзор за работой лифта.
“В схемах управления лифта мн используется большое
число блокировочных аппаратов, предотвращающих
неправильное пользование лифтом. Например, при от-
крытых дверях шахты и кабины, открытом верхнем лю-
ке кабин, ослабленных канатах электропривод отключа-
ется н накладывается механический тормоз.
. Рассмотрим некоторые-типовые схемы управления
лифтами.
Схема управления грузовым лифтом. Грузовые лиф-
ты работают Преимущественно с проводником при ско-
рости движения 0,25—0,5 м/с. Принципиальная электри-
ческая схема такого лифта показана на рис. 4-7. При-
вод осуществляется от асинхронного двигателя с
короткозамкнутым ротором Д. Параллельно обмотке
статора включен электромагнитный тормоз ЭмТ, колодки
которого разжимаются при подаче напряжения на дви-
гатель. Командным аппаратом в схемах управления та-
кими лифтами является рычажный переключатель ПР (в
схеме иа рис. 4-7 лифт обслуживает пять этажей).
Для пуска двигателя на подъем или спуск кабины
переключатель ПР следует поставить соответственно в
положение 1 (или 2). Через контакты дверей шахты
ВКДШ1—ВКДШ5, контакты конечных выключателей
ВКЛ и ВКК (размыкающихся при срабатывании меха-
низма ловителей при обрыве несущих канатов), контакт
дверей кабины ВКДК и гибкий кабель ГК от сети по-
дается напряжение на катушку контактора КВ (или
КН). После включения контактора КВ (КН) на Статор
двигателя Д и катушки электромагнитного тормоза ЭмТ
будет подано питание, и кабина лифта начнет двигать-
ся вверх (или вниз).
' Для остановки кабины рукоятку переключателя ПР
следует поставить в среднее положение, что вызывает
отключение контактора КВ (или КН) и остановку дви-
гателя. Бели кабина по каким-либо причинам ие оста-
новилась- против уровня этажной площадки, то ее до-
водку можно произвести путем повторного включения
177
12—612
двигателя; специальных мер для точной остановки в та*
ких лифтах не принимают. '
Вызов кабины на этажи производится с помощью
кнопок КнЭ1-~-КнЭ5. При воздействии на любую из них
в кабине срабатывает соответствующее указательное ре-
ле РБ1—РБ5, включается звонок Зв и загорается соот-
ветствующая сигнальная лампочка ЛС1—ЛС5. Провод-
ник включает привод на требуемое перемещение кабины.
В случае неисправности лцфта из кабины в диспетчерс-
кую может быть подан сигнал путем включения звонка
178
3в1 кнопкой Кн1. Для безопасности обслуживания цепи
сигнализации лифта подключаются к сети через пони-
жающий трансформатор Гр.
Схема управления быстроходным пассажирским лиф-
том. Электропривод быстроходного лифта (рис. 4-8, а)
осуществляется от двухскоростного асинхронного дви-
гателя, имеющего на статоре две раздельные обмотки с
соотношением числа полюсов 6/24 или 6/18, что соответ-
ствует синхронным угловым скоростям 104,7/26,2 или
104, 7/34,9 рад/с.
В системе привода не предусмотрено ограничение
ускорения при пуске, так как при правильном выборе
двигателя по мощности Мп.тах<Мл,лоо, и пусковые ус-
корения ап^1—1,2 м/с’ при Од0п«1,5 м/с^ Точная Ос-
тановка кабины достигается путем перехода с высокой
Скорости ©рас (включен контактор КБ) на низкую ©ост
(включен контактор КМ). При этом будет происходить
генераторное торможение, что видно из механических
характеристик двигателя, показанных на рис. 4-8,6. При
торможении по характеристике 2 Мт,тах>А1т,доп и
вт>-вдоп. Поэтому для ограничения момента двигателя,
а следовательно, и величины аТ в этом режиме в одну из
фаз статорной обмотки вводится дополнительный ре-
зистор Кд, и двигатель переходит иа характеристику 2>,
После снижения скорости до значения ©i резистор /?д
шунтируется контактором КУ, управление которым про-
изводится в функции времени. Двигатель переходит на
основную характеристику 2, на которой некоторое вре-
мя работает с остановочной скоростью ©ост, равной на-
чальной скорости ©дач для точной остановки.
Управление лифтом может производиться как из ка-
бины с помощью командных кнопок КнК1—КнК9
(здание имеет 9 этажей), так и с этажных площадок
посредством вызовных кнопок КнВ1—КнВ9. Рассмот-
рим работу- схемы при вызове кабины с 9-го этажа пас-
сажиром, находящимся иа i-м этаже. Для этого пасса-
жир должен нажать кнопку КнВ1. Образуется следую-
щая электрическая цепь: контакты кнопки КнС (Стоп)
и конечных выключателей дверей шахты ВКДШ1—
ВКДШ9, контакты выключателей ловителя ВКЛ и ка-
натов ВКК, контакт дверей кабины ВКДК или контакт
пола ВКП1, размыкающие вспомогательные контакты
контакторов КУ, КВ и КН, контакт пола ВКП2 (этот
контакт разрывает цепь кнопок КнВ1—КнВ9 на этаж-
12* ' 179
я
ш
Рис. 4-8. Электропривод пассажирского быстроходного лифта.
в — електрнчёсхаа схема; б — механические характеристики двухскоростяого
асинхронного двигателя.
Г" ? _
ныд площадках, если в кабине находятся пассажиры),
контакт кнопки KttBl, катушка этажного, реле P3J, кон-
такт этажного переключателя ПЭ1, размыкающий вспо-
могательный контакт КВ, катушка'контактора КН.
По образовавшейся цепи питания включаются кон-
тактор КН и этажное реле РЭ1, которые своими замы-
кающими контактами шунтируют кнопку КнВ1 и пода-
ет питание на катушку контактора большой скорости
КБ по следующей цепи: контакты реле РЭ1 и переклю-
чателя скорости ПСН1, контакты выключателя большой
скорости ВБ (отключаемого для режимов ревизии и на-
ладки),- размыкающий вспомогательный контакт КМ,
катушка контактора КБ. 'Одновременно контактор КН
сйоим замыкающим вспомогательным контактом вклю-
чает контактор КТ, электромагнит тормоза ЭмТ Полу-
чает питание и растормаживает двигатель Д.
Силовые контакты контакторов КН и КБ подклю-
чают первую обмотку статора Д (большой скорости) к
сети, н происходит пуск двигателя по характеристике I
до угловой скорости Шраб. Вслед за включением контак-
тора КБ через его замыкающий, вспомогательный кон-
такт включается контактор отводки КО, который подает
напряжение на электромагнит отводки МО и подготав-
ливает к включению контактор КМ.
Кабина лифта движется вниз и установленной на ней
отводкой будет переставлять подвижные контакты пе-
реключателей ПСН8—ПСН2, ПСВ8—ПСВ2 и ПЭ8—ПЭ2
из верхнего положения в нижнее. При подходе кабины
к 1-му этажу контакт ПСН1 переводится из верхнего по-
ложения в среднее, в результате чего отключается кон-
тактор КБ и включается контактор КМ. К сети под-
ключается вторая обмотка статора двигателя Д с боль-
шим, числом полюсов (тихоходная). Двигатель начинает
тормозиться по харакдтеристнке 2' (рис. 4-8,6) и рабо-
тает в генераторном режиме с введением в одну из фаз
статора резистора /?д. Этот процесс контролируется ма-
ятниковым реле времени РВ, пристроенным к контакто-
ру КМ. После срабатывания реле РВ включается кон-
тактор КУ и шунтирует резистор Дд, осуществляя пере-
ход двигателя на основную характеристику 2.
Как только пол кабины приблизится К уровню пола
1-го этажа, переключатель ПЭТ становится в среднее
положение и отключает контакторы КН, КТ, КО, КМ и
реле РЭ1; Двигатель отключается от сети, накЛадывает-
181
ся тормоз и происходит механическое торможение при-
вода с начальной угловой скорости а>0Ст. При отключении
контактора КО теряй» питание магнит отводки МО и
своим выступом упирается в защелку замка шахтной
двери на 1-м этаже, что дает возможность пассажирам
открыть ее.
В схеме на рис. 4-8 показаны цепи сигнализации,
указывающей, занята ли кабина или свободна, а также
дели аварийной сигнализации.
В рассмотренном лифте процесс открывания и за-
крывания дверей осуществляется вручную, невозможен
прием пассажиров по пути следования кабины, нет сиг-
нализации о перегрузке лифта и т. д. В последние годы
стали широко применяться пассажирские лифты с ав-
томатическим приводом дверей, в которых отсутствуют
указанные недостатки, что позволяет повысить комфор-
табельность и производительность лифта. В схемах уп-
равления такими лифтами имеются дополнительные уз-
лы, котррые выполняют следующие основные логические
операции: регистрацию и отработку вызовов и приказов,
выбор направления движения, обеспечение включения
двигателей дверей и подъема, точную остановку каби-
ны, различного рода сигнализацию. Последовательность
работы узлов привода устанавливается программой,
осуществляемой схемой автоматического управления.
При поступлении в схему соответствующего сигнала,
например на движение, вначале срабатывает привод
дверей и подготавливает кабину к движению. Затем
включается электропривод подъема, обеспечивая дви-
жение кабины с высокой скоростью, а также переход на
малую скорость при подходе ее г к требуемому этажу.
После остановки кабины снова включается привод две-
рей, но уже на их открывание. В схеме может быть пре-
дусмотрено также выполнение попутных вызовов при
движении кабины вниз. В случае движения загруженной
кабины вверх вызовы не принимаются. При движении
кабины с пассажирами и наличии нескольких зарегист-
рированных приказов остановка происходит на ближай-
шем по направлению движения этаже. Такие схемы
управления лифтами описаны в [6,21].
Г леве питая
ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ НАЗЕМНЫХ
ЭЛЕКТРОТЕЛЕЖЕК И МЕХАНИЗМОВ НЕПРЕРЫВНОГО
ТРАНСПОРТА
Н. ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ НАЗЕМНЫХ ЭЛЕКТРОТЕЛЕЖЕК
Электротележки (электрокары) применяются для
транспортировки ' различных грузов на площадках с
твердым и ровным покрытием (асфальт, бетой). Элект-
ротележии могут работать в узких проходах производ-
ственных и складских помещений, где работа других ви-
дов транспорта невозможна. Хорошая маневренность,
удобное управление, простота обслуживания, отсутст-
вие при работе вредных для человека газов, бесшум-
ность делают электротележку незаменимым универсаль-
ным средством перевозки грузов на небольшие расстоя-
ния.
В последние годы широкое распространение получили
оДнодвигательные аккумуляторные тележкн типа
ЭТ-2040 (рис. 5-Г). Электротележка имеет двухосное
шасси на пневматических шинах с передним управляе-
мым и задним ведущим мостами. На шасси крепится ра-
ма; ее верхняя часть представляет собой деревянную
грузовую платформу, под которой расположена аккуму-
ляторная батарея. Движение ведущим колесам переда-
ется от двигателя постоянного тока последовательного
возбуждения посредством карданного вала и дифферен-
циала. Электротележка оборудована двумя системами
тормозов: ножным тормозом с гидравлическим приводом,
действующим на задние колеса, и ручным тормозом с ме-
ханическим приводом, установленным иа валу двигателя.
Основные технические данные электротележки ЭТ-
2040: грузоподъемность 2000 кг, масса тележки 1860 кг,
скорость движения с грузом 16 км/ч, без груза 22 км/ч,
двигатель передвижения типа РТ-2 (Рном=3,2 кВт,
6^ном==40 В, /иом==100 А, <йном==100 рад/с, ПВном3-
=40%), закрытый с естественным охлаждением.
Принципиальная электрическая схема тележки ти-
па ЭТ-2040 показана на рис. 5-2, а. Электрические цепи
получают питание от аккумуляторной батареи, состоя-
щей из двух секций Б1 и Б2. Для коммутации силовых
183
цепей используются контакторы К1—К7 и кремниевые
вентили Д1, Д2 (типа В2з200-ЗБ).
Двигатель Д управляется поворотным контроллером,
состоящим из кулачкового вала и ми ропереключателей
Кр1—Кр6, Вращение вала контроллера осуществляется
на 60° от педали водителя, при этом в каждом пфложе-
Рис. в-1. Общий Вид электрической тележки.
1 -г рулевое управление; 2 — сидение водителя; 3 — корпус умелой; 4— дви-
гатель; 5 — ходовые колеса; 6 — рукоятка тормоза.
нии происходит переключение контактов в соответствии
с диаграммой на рнс. 5-2,6. Регулирование скорости те-
лежки производится изменением напряжения на якоре
двигателя Д путем переключения диодами Д1, Д2 и
контактором К1 секций аккумуляторной батареи Ы и
Б2 с параллельного соединения на последовательное,
введением резистора R1 в цепь якоря и шунтированием
обмотки возбуждения ОВМ резистором R2.
Для подготовки тележки к работе следует включить
выключатель В/, поставить, реверсивный переключатель
В<Ув одно из положений Вперед или Назад н растормо-
зить ручной тормоз, (замкнется контакт выключатели
В2). Последовательность коммутации аппаратов схемы
прняуске и регулировании скорости двигателя Д в со-
ответствии с позициями контроллера следующая:
h В положении 1 контроллера лерез замкнувшийся
контакт Кр1 и контакт Вперед (или Назад) переключа-
теля ВЗ получает питание контактор К4 (или Кб) и сво-
им главным контактом подготавливает к включению
цепь якоря двигателя.
184
Лр1
ОВМ
кв
К5
о
X
раз.
X
X
X
X
X
X
X
X
о
ОЕЭЕзааа
Контак-
ть/
Кр1
Л>2Т
9ДМ
ПрЗ '
II
Контроллер
КрЗ
KpS
Крб
раа/с
Положения рукоят-
ки >
2
х
xl I I I I Т~
Кб
кч \ кв у
ВпередХ
---О—i
Назад |
г-1 Л/
ТОЖвНЦЯ руКОЯТ- 111 ц——1— — —!—
( X X X X X X ЛЬгуМлч
А*
К7
КрЗ
рб
X
к
X
X
X
X
X
X
X
ВОТлон 160 200 А,
Рис. 5-2. Электропривод электротележки типа ЭТ-2040.
в — мектряческая схема; б —диаграмма переключений контактов Kpl—Kpt
на положениях рукоятки контроллера; а—скоростные характеристики двигателя.
185
2. В положении 2 контроллера переключается кон-
такт Кр2 и включается контактор К7 (К5), замыкая си-
ловую цепь двигателя Д. Секции батареи Б1 и Б2 через
диоды Д1 и Д2 соединяются параллельно, резистор R1
введен. Двигатель пускается и ра'ботает на характери-
стике 1 со скоростью 0)1 (рис. 5-2,в), если ток нагрузки
/с=/ном. Катушки реверсивных контакторов К7 (К5) и
К4 (Кб) получают питание через вспомогательные кон-
такты, Кб (К4) и Кб (К7), чем обеспечивается блокиров-
ка положения 2 контроллера.
3. В положении 3 контроллера через контакты КрЗ и J
Кр4 получает питание контактор К2 и своим контактом
выводит резистор /?/; секции батареи остаются соединен-
ными параллельно, двигатель работает на характеристи-
ке 2 СО СКОРОСТЬЮ (02.
4. В положении 4 контроллера переключается кон-
такт Кр4 и включается контактор К/, а контактор К2 от-
ключается. Секции батареи Б1 и Б2 силовым контактом
К/ соединяются последовательно, к якорной цепи подво-
дится номинальное напряжение 1/ЯОм при включенном ре-
зисторе R1, и двигатель Д работает на характеристике 3
со скоростью «3.
5. В положении 5 контроллера снова включается кон-
тактор К2, резистор R1 закорачивается, и двигатель рабо-
тает на естественной характеристике 4 со скоростью ь)4=±=
=<0ном.
6. В положениях 6—7 контроллера через контакт
Крб включается контактор КЗ, параллельно ОВМ под-
ключается резистор R2, ослабляется поток возбуждения,
и двигатель будет развивать скорость <0б>й)ном, работая
на характеристике 5.
Торможение тележки осуществляется механическим
тормозом при нажатии на тормозную педаль, при этом
нужно предварительно отпустить педаль контроллера.
Под действием тормозной педали размыкается контакт
В2, теряет питание контактор К4 (или Кб), н двига-
тель отключается от источника питания.
Полная электрическая схема электротележки включа-
ет в себя цепи освещения и сигнализации, которые не
показаны иа рис. 5-2, а. Защита силовой цепи от токов
к. з. и длительных перегрузок обеспечивается предохра-
нителями Пр1 в цепи аккумуляторной батареи (в случае
пробоя вентилей Д1 или Д2) и Пр2— в цепи двигателя
Д. Цепи управления защищаются предохранителем ПрЗ.
1М
етуйенчатый пуск двигателя с фазным ротором^ Однако
такой способ приводит к усложнению схемы управления,
увеличению габаритов панелей управления и ящиков
пусковых резисторов. В некоторых случаях более удоб-
но ограничивать ускорение привода при пуске путем
создания дополнительной искусственной нагрузки иа
•паду двигателя. Практически это осуществляется при
помощи колодочных тормозов с электрическим или гид*
-равлическим управлением, индукционных или фрикци-
онных муфт, присоединяемых к валу двигателя. При
наличии дополнительного тормозного момента М,
(рис. 5-7, в) уменьшается динамический момент Мл=*
da[dt~M — (Afc+AfT) и тем самым ограничивает-
Ся ускорение
а = d<s>[dt=»[Af —- (Af0 4- AfT)]/Js.
По окончании пуска источник тормозного момента
Мг должен быть отключен от вала двигателя. ,
Для автоматизированного управления электроприво-
дами механизмов непрерывного транспорта использу-
ются общие принципы построения схем управления с
учетом необходимых блокировок, сигнализации н осо-
бенностей эксплуатации этих установок.
Управление электроприводами одиночных конвейе-
ров, не связанных с другими механизмами, производит-
ся посредством магнитных пускателей и кнопок управ-
ления или автоматов с максимальной и тепловой защи-
той, размещаемых на пультах около приводных станций.
Более сложны схемы управления совместно работа-
ющими конвейерами или ПТС. В основе конструирова-
ния схем управления такими транспортными системами
лежат следующие требования:
, 1. Пуск двигателей конвейеров должен производить-
ся в направлении, обратном технологическому потоку,
чтобы на конвейерах не образовывалось завала транс-
портируемого груза.
2. При остановке одного из конвейеров двигатели
других конвейеров, подающих материалы на останав-
ливаемый, сразу отключаются; двигатели остальных
конвейеров могут продолжать работать.
3. При общей остановке транспортной линии'боль-
шой производительности первым должен быть отключен
двигатель того конвейера, с которого поступает матери-
ал на другие конвейеры, а затем поочередно отключа-
ются остальные двигатели.
197
4. Для предотвращения большого снижения напря-
жения в питающей сети прй Пуске двигатели конвейеров
значительной мощности должны пускаться поочередно.
5. Для опробования И наладки конвейеров следует
обеспечить возможность пуска и остановки любого из
них независимо от други* конвейеров (обычно пуск и
остановка при наладке производятся с рабочего места).
В схемах управления конвейерами необходимо пре-
дусматривать блокировки я взаимосвязи между двига-
телями, механизмами и другими устройствами; Блоки-
ровочные устройства целесообразно связывать непо-
средственно с ведомым барабаном конвейера, который
вращается от транспортирующей ленты. При соскальзы-
вании ленты и других Неисправностях в работе конвейе-
ра система блокировки будет действовать от реле конт-
роля скорости, соединенного с ведомым барабаном, и
отключать двигатель.
Электрические блокировочные связи между двнгате-
• лями конвейеров могут осуществляться путем использо-
вания вспомогательных контактов контакторов, пере-
ключателей в других аппаратов. Эти связи позволяют
задавать необходимую последовательность пуска и оста-
новки двигателей, запрещать выполнение операций в
нежелательной последовательности, обеспечивать одно-
, временность работы приводов и т. д.
Большое значение имеет* сигнализация о состоянии
механизмов, которая обеспечивает контроль за работой
отдельных двигателей, оповещает об аварийных режи-
мах и указывает места повреждений. При этом приме-
няется световая и звуковая сигнализация (см. также
§ 13-6). Световую сигнализацию часто осуществляют с
помощью световой мнемонической схемы, расположен-
ной на пульте управления оператора. Схема отображает
работу конвейеров, придает наглядный вид процессу
контроля и уменьшает вероятность ошибочных включе-
j Ний. Звуковая сигнализация применяется для преду-
преждения о предстоящем пуске механизмов, особенно
если оии удалены от пульта управления. При аварийной
i остановке конвейеров должны автоматически включать-
ся сигнальные лампы аварийного участка на мнемони-
ческой схеме, а также должен подаваться звуковой сиг-
нал.
На рис. 5-8 показаны узлы схемы пусковой сигна-
лизации. Перед пуском конвейеров оператор оповещает
ММ3
JrW
X
Обслуживающий персонал подачей звукового сигнала,
Который дается включением звонка Зв кнопкой КнЗв.
Ответные сигналы с рабочих мест о готовности механиз-
мов к работе подаются с помощью ламп ЛС1 и ЛС2,
установленных на пульте и включаемых кнопками опо-
вещения KjtOl и КнО2 через реле РО1 и РО2. После
Включения двигателей конвейеров размыкаются вспо-
могательные контак-
ты контакторов КЛ1 и
КЛ2, и сигнальные
лампы отключаются.
На рис. 5-9 показа-.
на принципиальная
электрическая схема
управления двигателя-
ми линии с ленточны-
ми конвейерами, пере-
мещающими насыпные
грузы из правого бун-
кера в левый. Такие
Рис. 5-8. Узлы схемы электричес-
кой сигнализации.
линии действуют, в частности, на ряде заводов для
транспортирования отходов штамповки магнитопрово-
дов статоров и роторов асинхронных машин. Линия со-
-стонт из трех конвейеров: горизонтальных 1 и 3 и на-
клонного 2, приводимых в движение асинхронными
двигателями с короткозамкнутым ротором Д1—ДЗ.
Во избежание завалов грузов пуск конвейеров на-
чинается с включения двигателя Д1 нажатием кноп-
ки КнП1. Контактор КЛ1, получая питание, свои-
ми главными контактами подает напряжение на указан-
ный двигатель. Затем последовательно (после нажатия
кнопок КнП2 и КнПЗ, вклюцающих контакторы КЛ2 и
КЛЗ) пускаются двигатели Д2 и ДЗ. Пуск двигателя
Д2 раньше пуска Д1 невозможен, так как в цепи катуш-
ки контактора КЛ2. находится замыкающий вспомога-
тельный контакт контактора КЛ1. Аналогично сблоки-
рованы двигатели Д2 и ДЗ.
Общая остановка всех конвейеров производится на-
жатием кнопки КнС1. Отключаясь, контактор КД1
своими вспомогательными контактами разрывает цепи
питания катушек КЛ2 и КЛЗ. Так как все двигатели
отключаются практически одновременно, блокировка,
обеспечивающая последовательность их отключения, не
предусмотрена. При необходимости остановить только
t9i
Рис.'В-Э, Электрическая схема управления двигателями совместно работающих
[конвейер 3 едедуез нажать кнопку КнСЗ. Двигатель ДЗ
отключается, а Д1 и Д2 продолжают работать.
V- Схема управления обеспечивает: защиту от токов
к.з. в силовой цепи и цепях управления предохраните-
лями Пр1 — ПрЗ и от длительных перегрузок двигате-
лей тепловыми реле РТ1 — РТЗ; сигнализацию, указы-
вающую, в каком состоянии при нормальных условиях
эксплуатации находятся двигатели (красная лампа ЛК
указывает на то, что двигатель работает, зеленая лампа
ЛЗ — на то, что двигатель остановлен). Всхеме не пре-
дусмотрен контроль за состоянием ленты н другими по-
вреждениями в конвейерах, так как за их работой на-
блюдает обслуживающий персонал.
' В схемах автоматизированных конвейеров с большим
числом двигателей для упрощения управления процес-
сом пуска его производят одной кнопкой, с помощью
которой включается последний по направлению потока
движения материалов двигатель. Остальные двигатели
включаются поочередно через замыкающие контакты
контакторов ранее включенных двигателей. Для опро-
бования и наладки конвейеров должна быть предусмот*
рена возможность пуска и остановки с "рабочего места
любого кз двигателей, независимо от других. -•
Нередко возникает необходимость согласованного
вращения нескольких двигателей, приводящих в дви-
жение параллельно работающие конвейеры. Для этой
цели применяются различные системы синхронного
вращения (электрического вала).
На рис. 5-10, а изображена принципиальная электри-
ческая схема двух согласованно движущихся конвейе-
ров, приводимых в движение асинхронными двигателя-
ми Д1 и Д2 *, включенными по схеме двойного питания.
Статорные обмотки двигателей подключаются к сетй
яеременного тока постоянной^ частоты ft, обмотки рото-
ров Питаются от преобразователя частоты ПЧ, который
приводится во вращение двигателем Д через вариатор В.
Статорные обмотки двигателя Д и преобразователя ПЧ
подключены также к сети с частотой fa.
Изменением передаточного числа вариатора можно
получить различную угловую скорость ротора ПЧ и,
^едовательно, различную частоту тока fa его роторной
’;• г •’
* При большем числе конвейеров увеличивается соответственно
количество двигателей; принцип работы схемы не изменяется
201
Рве. 5-10. Электрическая схеме управления двигателями согласован-
но движущихся конвейеров,
'I i дали что обеспечивает регулирование угловой скорости
Двигателей конвейеров. В машине двойного питания, как
я В любой асинхронной машине, намагничивающие силы
Н* обкоток статора и ротора неподвижны одна относитель-
ДчЙЕ другой. Магнитный поток статора Ф1 вращается от-
носительно статора со скоростью <oi==2nfi/p, соответст-
венно поток ротора Ф2 относительно ротора вращается
'r.fc угловой скоростью <i)2—2nf2/p. Ротор машины двойно-
to питания будет вращаться в ту же сторону, что и пото-
с угловой скоростью <л=а>\ — ©a—2n(fi—/а)/Р
(здесь р — число пар полюсов статора и ротора).
Если двигатели Д1, Д2 и неподвижный преобразова-
тель ПЧ подключить к сети, то частоты токов статор-
г“ ной и роторной цепей двигателей будут одинаковы и,
yv следовательно, двигатели Д1 и Д2 останутся неподвнж-
:-гр вымн. Прн вращении преобразователя частоты по полю
статора частота fs наводимой в его роторе ЭДС Е2
уменьшится, н двигатели конвейеров будут вращаться с
9м угловой скоростью, пропорциональной разности частот
/1 — fa, так как частота fi будет больше, чем частота f2.
Все двигатели в приведенной системе согласованно-
"ч' го вращения работают с одинаковой угловой скоростью
как при равных, так и при разных нагрузках конвейе-
ров, ибо увеличение, например, нагрузки на валу одного
из двигателей приводит к возрастанию угла рассогласо-
* вания 021 (0гг) между ЭДС его ротора £21 (£22) и ЭДС
I $ ротора преобразователя частоты Е2 (рис. 5-10,6); прн
i этом увеличивается ток ротора /21 (/22) двигателя, а сле-
довательно, и его момент.
Пуск конвейеров начинается с подачи операторами
яг сигналов о готовности к работе каждого конвейера Пу«
тем нажатия кнопок КнГ/, КнГ2. Прн этом срабатывают
реле PCI, РС2, загораются сигнальные лампы, а так-
Д же подготавливается к включению цепь реле пуска РП.
При нажатии пусковой кнопки ДнП реле РП срабаты-
/' рйет и включает линейный контактор КЛ1, который че-
\ рез ограничивающее сопротивление £Огр подает одно-
\ фазное напряжение на статорные обмотки преобразова-
теля ПЧ и двигатели конвейеров Д1 н Д2. При этом
роторы двигателей примут одинаковое (синфазное) по-
Д ложенне в пространстве относительно статоров, что ис-
ключает выпадание машин из синхронизма при пуске.
Маятниковое реле времени РВ1, пристроенное к кон-
тактору КЛ1, после отсчета выдержки времени, необхо-
203
диной для поворота роторов двигателей и преобразова-
теля частоты в синфазное положение, включит контак-
тор КЛ2, который отключает контактор КЛ1 и подает
трехфазное напряжение на двигатели Д1, Д2 и преоб-
разователь ПЧ. Но так как частоты токов питания ста-
торных и. роторных цепей двигателей конвейеров (ft и
fs) одинаковы, двигатели останутся неподвижными.
После включения контактора КЛ2 с выдержкой вре-
мени, создаваемой - маятниковым реле РВ2, сработает
контактор КЛЗ н начнется пуск двигателя Д, осуществ-
ляемый контакторами КУ1— КУЗ и контролируемый в
функции времени при помощи реле РУ1 — РУЗ. Преоб-
разователь ПЧ будет приведен во вращение, в роторы
двигателей Д1, Д2 начнет подаваться ток частоты fa и
они станут синхронно вращаться. Отключение всей си-
стемы производится нажатием одной из кнопок «Стоп»
КнС, КнС1 или КнС2.
Такая, система привода обеспечивает достаточно же-
сткие механические характеристики' синхронное враще-
ние и регулирование угловой скорости двигателей как
нескольких параллельно работающих конвейеров, так
и одного многодвигательного конвейера.
Управление группой двигателей конвейеров может
производиться кнопками и переключателями управле-
ния, которые-находятся непосредственно у механизмов
или на диспетчерском пункте. Централизованное управ-
ление осуществляется обычно одной из кнопок, при на-
жатии которой двигатели включаются автоматически в
определенной последовательности. При этом способе
управления оператор освобождается От непосредствен-
ного участия в пуске каждого механизма и дает только
начальный командный импульс на пуск и остановку
конвейеров. Местное управление как самостоятельный
режим применяется в том случае, когда конвейеры не
связаны технологически друг с другом. Обычно этот ре-
жим для автоматизированных конвейеров используется
в качестве вспомогательного для опробования и прове-
дения ремонтных работ.
При управлении транспортирующими механизмами
ПТС блокировочными зависимостями приходится охва-
тывать не толька конвейеры, но и обслуживающие нх
устройства и механизмы, типичной является, например,
блокировка работы конвейеров с положением шиберов
204
I 4 . .
(перекидных заслонок), направляющих поток насыпных
грузов в одну или другую сторону.
Е&На рис. 5-11 в качестве примера приведены схемы,
Иллюстрирующие некоторые принципы управления ПТС
с тремя конвейерами 1—3, двумя бункерами Б1, Б2 и
шибером Ш. Транспортируемый материал с конвейера 3
(рис. 5-11, а) через воронку с двумя рукавами подается
Рис. 6-11. Управление поточно-транспортной системой.
а — технологиями» схвам; б — мнемомпссхая схема ва пульта: в—электри-
ческая схема управлений двигателем «сдающего конвейера.
на один из конвейеров / или 2. Во избежание завала
или холостого хода этих конвейеров необходимо приме-
нить блокировку включения двигателей Д1 н Д2 (на
рис. 5-11 не показаны) с положением шибера, которое
фиксируется конечными выключателями ВК1 и ВК2.
Если требуется, чтобы конвейер 3 подавал материал на
конвейер'/, то шибер должен закрыть правый рукав
воронки и открыть левый. При атом замыкается контакт
?'< Вл/, а контакт ВК2 остается разомкнутым. Первым
205
включается контактор двигателя конвейера / и своим .
вспомогательным контактом КЛ1 (рис. 5-11,6) позво-
ляет включить контактор КЛЗ двигателя конвейе-
ра 3.
Если требуется/ чтобы конвейер 3 подавал материал
на конвейер 2, то шибер перекрывает левый рукав во-
ронки и открывает правый; при этом замыкается контакт
ВК2 и последовательно включаются двигатели конвейе-
ров 2 и 3. Остановка двигателей конвейеров 1 и 2 иди
закрытие соответствующего рукава воронки щибером
вызывает отключение контактора КЛЗ и остановку дви-
гателя конвейера 3.
Для управления электроприводами конвейеров и
ПТС широко используется обычная релейно-контактная
аппаратура: элекромагнитные контакторы с поворотным
и прямоходовым якорем (серий КТ64, МК и др.), авто-
матические выключатели с комбинированными расцепи-»
телями (серий АП50, АЕ2000 и др.), путевые и конечные
выключатели, кнопки управления (типов КЕ171,
КМЕ5000 и др.).
В последние годы для автоматического управления
механизмами непрерывного транспорта все больше при-
меняется электроаппаратура слабого тока: малогаба-
ритные -реле МКУ-48, телефонные и кодовые реле РКН,
РПН и КДР-1, шаговые искатели, а также бесконтакт-
ная аппаратура: индуктивные датчики, логические эле-
менты и состоящие из них устройства (ячейки, моду-
ли и др.). '
Применение аппаратуры слабого тока дает возмож-
ность уменьшить габариты панелей н пультов управле-
ния, сокращает расход соединительных проводов, умень-
шает мощность цепей управления, увеличивает безопас-
ность обслуживания, так как в этом случае используется
напряжение 48—60 В. Бесконтактные аппараты приме-
няют как для управления, сигнализации и учета транс-
портируемых грузов, так и для коммутации в цепях си-
ловых элементов.
Для дистанционного и централизованного управле-
ния конвейерами и ПТС широко применяют средству те-
лемеханики (телесигнализация н телеконтроль) и управ-
ляющие электронные машины, позволяющие следить за
наличием нужных, деталей в цехах, давать команду об
изменении адреса следования грузов и т.д. [10].
206
Г лава шеста*
‘л .
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ СТАНКАХ
7 И. КЛАССИФИКАЦИЯ МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ СТАНКОВ
* >- <
Металлорежущие станки являются распространенны-*
МИ Производственным н машинами, предназначенными
Для механической обработки заготовок из металла ре*
жущнми инструментами. Путем снятия стружки заго-
товке придаются требуемая форма, размеры и чистота
Поверхности. На электромашиностроительных заводах
механическая обработка занимает значительное место в
общем процессе изготовления электрической машины в
условиях крупносерийного и массового производства.
• В зависимости от характера выполняемых работ, йи-
да применяемых инструментов и формы образуемой по-
верхности металлорежущие станки подразделяются на
следующие девять групп: 1) токарные; 2) сверлильные
и расточные; 3) шлифовальные; 4) комбинированные;
5) зубо- и резьбообрабатывающие; 6) фрезерные;
7) строгальные и долбежные; 8) отрезные; 9) разные.
Внутри групп станки подразделяются на типы (модели).
В зависимости от технологических возможностей об-
работки деталей разных размеров, форм и от характера
-организации производства различают станки: 1) уни-»
нереальные и широкого назначения, слу-
жащие для выполнения различных операций (например
точения, сверления, нарезания резьбы и др.) и способов
“обработки {например, фрезерования и растачивания от-
верстий) при обработке изделий многих наименований
и типоразмеров; такие станки применяются при штучном
й мелкосерийном производстве в ремонтных цехах, мас-
терских и т.д. 2) специализированные, предна-
значенные для обработки деталей, сходных по форме,
но имеющих различные размеры; такие станки исполь-
зуются в серийном производстве; 3) специальные,
служащие для обработки деталей одного типоразмера;
станки такого вида применяются в крупносерийном и
массовом производствах.
По массе и размерам различают станки: нормальные,
имеющие массу до I0-103 кг; крупные — массой от 10
до 30-Ю3 кг; тяжелые — от 30 до 100-103 кг и уникаль-
207
ные — свыше 100- Ю8 Кг. Пр точности обработки ^разли-
чают станки нормальной,, Повышенной, высокой и особо '
высокой точности (прецизионные). '
6-2. ОСНОВНЫЕ И ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЕ ДВИЖЕНИЯ В
СТАНКАХ, КИНЕМАТИЧЕСКИЕ
СХЕМЫ
Процесс получения на станках деталей определенной
формы поверхности и размеров состоит в снятии с за-
готовки лишнего металла инструментом, режущая кром-
ка которого перемещается относительно заготовки. Не-
обходимое относительное перемещение создается в ре-
зультате сочетания движений инструмента и заготовки.
Они называются основными или рабочими дви-
жения м и. Их разделяют на главное (режущее}
Движение (за счет него инструмент производит реза-
ние металла) кдвиженне подачи, которое служит
для перемещения инструмента или обрабатываемой за-
готовки (в зависимости от типа станка) для снятия слоя
металла с Целью придания детали определенной формы.
В зависимости от вида обработки основные движе-
ния могут иметь различный характер. Так, при строга-
нии сочетаются поступательное движение детали или
инструмента (движение резания) и перпендикулярное к
нему поступательное движение инструмента (подачи);
при токарной обработке происходит вращение заготовки
и поступательное движение инструмента (см. рис. 7-3);
фрезерование осуществляется путем сочетания враща-
тельного движения инструмента и поступательного дви-
жения заготовки*, при сверлении оба основных движе-**
иия совершает инструмент (см. рнс. 8-1) и т.д.
Главные движения в станках осуществляются обыч-
но при помощи электроприводов (иногда применяются
и гидроприводы), движения подачи — либо через меха-
ническую передачу от главного привода, либо от от-
дельных электро- или гидроприводов.
Кроме основных движений в станках.имеются вспо-
могательные движения. Они непосредственно не
участвуют в процессе резания, но необходимы для об-
работки изделий, например! для установки инструмента,
автоматического подвода его к заготовке и обратного
отвода, контроля размеров в процессе обработки, пвда- (
чи смазки и охлаждающей жидкости и т.д.
208
Рис, 6-1. Кинематическая схема вертикально-сверлильного станка.
14—612
Передача движений в станках от двигателей к рабо-
чим органам осуществляется кинематическими цепями
механизмов станка. Структуру этих цепей, их взаимные
связи и особенности Можно проследить по кинемати-
ческой схеме станка. По такой схеме Легко рас-
считываются скорости движения рабочих органов стан-
ка или, наоборот, по заданным скоростям движения
рабочих органов находятся требуемые значения угловой
скорости двигателей. Кинематическая схема нужна так-
же для определения моментов, действующих на валу
двигателя, КПД и т.п.
В качестве примера рассмотрим кинематическую
схему вертикальио-сверлнльного станка 2А135. Главное
движение станка — вращение шпинделя V (рис. 6-1).
Движение от двигателя через клиноременную передачу
0140— 0178 передается на вал / коробки скоростей,
на котором находится тройной подвижный блок £],
обеспечивающий валу // три частоты вращения. От ва«
ла II через шестерни 84—“-48* вращение передается ва-
лу III, на нем расположен тройной подвижный блок
шестерен Б2, приводящий в движение полый вал IV,
связанный шлицевым соединением со шпинделем V, ко-
торый имеет девять частот вращения. Частота вращения
шпинделя при соединении шестерен, указанных на рнс.
6-1, с учетом упругого скольжения ремня передачи
пшп « 1440-0,985 = 742 об/мин.
178-Б5-48-34
Движение подачи осуществляется от шпинделя
V через шестерни 27—50, коробку подач (в которой
расположены трех- и четырехступенчатые блоки шесте-
рен с выдвижными шпонками), предохранительную муф-
ту Ml (служит для защиты механизма подач от поломок
прн перегрузках), вал IX, червячную передачу 1—47,
Зубчатую Муфту М2, вал X и реечную шестерню 14, ко-
торая находился в зацеплении с рейкой, нарезанной на
гильзе шпинделя. Наибольшая подача 8тах определяет-
ся нз выражения
1 • •З.И-З.б- И ”1.6 мм/об.
50-60.61.21-47
* Здесь я далее, а также на рис. 6-1 указанные цифры обозна-
чают количество зубьев у шестерен. 1 -
210
Вспомогательные движения производятся
вручную. Перемещение шпиндельной бабки осуществля-
ется от рукоятки Pi через червячную передачу 1—32 и
реечную шестерню 18, сцепленную с рейкой т=>2 мм,
закрепленной на станине. Вертикальное перемещение
стола производится посредством рукоятки Р2 через вал
XI, комические шестерни 16—43 и ходовой виит XII.
быстрое перемещение шпинделя с гильзой достигается
поворотом штурвала Ш, связанного специальным зам-
ком с валом X. Замок позволяет штурвалу свободно по-
ворачиваться на валу X в предела* 20°, а при больших
углах поворота — связывает их в одно целое.
6-3. ОБЩИЕ ВОПРОСЫ ЭЛЕКТРОПРИВОДА СТАНКОВ
Требования к электроприводам основных и вспомо-
гательных движений. Одним из важнейших вопросов
электрооборудования металлорежущих станков являет-
ся выбор типа электропривода для основных движений.
На этот выбор оказывает влияние ряд факторов: 1) ди-
апазон и плавность регулирования скорости рабочего
механизма; 2) характер нагрузки привода; 3) частота
включений привода; 4) соотношение* периодов машин-
ного и вспомогательного времени работы станка;
5) энергетические показатели работы привода — КПД
и коэффициент мощности; 6) надежность привода, про-
стота его обслуживания и наладки.
Регулирование скорости приводов главного движе-
ния станков производится в диапазоне от (3—6) до
(100—120) : 1 н может быть осуществлено одним насле-
дующих способов: 1) механическим-—изменением
передаточного отношения от двигателя к рабочему ор-
гану станка; 2) электрилеским— изменением час-
тоты вращения двигателя; 3) электромеханичес-
ким— комбинированием двух первых способов. При
этом механическое регулирование, как правило, явля-
ется ступенчатым, а электрическое может быть ступен-
чатым и бесступенчатым.
Следует отметить, что механические характеристик»
электродвигателей главных приводов должны быть жест-
кими. Перепад угловой скорости прн изменении нагруз-
ки на валу двигателя от холостого хода до номинальной
ие должен превышать 5—10%.
14*
211
« Нагрузка двигателя Тлайного привода при регули-
ровании скорости меняется по-разиому для различных
станков. Так, для станков с вращательным главным
движением (токарных, карусельных, фрезерных н т.д.)
мощность Р, подводимая к шпинделю станка, на значи-
тельной части диапазона регулирования частоты враще-
ния D^nmaxfnmin должна быть постоянной (рис. 6-2, а).
Р*С. 6-2. Зависимости мощности и момент* от частоты вращения я
от скорости для главных приводов станков с вращательным (а) Я
возвратио-поступйтельным (б) движениями.
У станков с возвратно-поступательным главным движе-
нием, например продольно-строгальных, наоборот, на
большей части диапазона регулирования при рабочем
ходе сохраняется постоянство момента нагрузки М (рис.
6-2,6).
Приводы подачи современных станков характеризу-
ются значительным диапазоном изменения скорости
(до 1000:1 и более) при постоянстве момента нагрузки,
определяемого наибольшим усилием подачи. Механи-
ческая характеристика привода подачи дол-
жна быть жесткой.
Применяются следующие типы приводов подачи;
1) от главного привода через механическую Передачу;
2) от отдельного электродвигателя; 3) от гидропривода.
Осуществление подачи от главного привода позволя-
ет сохранить постоянным установленное соотношение
между скоростью подачи и частотой вращения шпинде-
ля (планшайбы) станка, что является обязательным для
выполнения таких работ, как нарезание резьбы, фрезе-
рование и шлифование зубчатых колес и т.д. Вместе с
тем при "Гаком способе невозможно плавное изменение
скорости подачи в процессе резания и значительно
усложняется кинематика стайка*
212
Выбор типа электропривода металлорежущих стаи-
ков. Для главных приводов токарных, фрезерных, рас-
точных и других станков с редкими включениями, с не-
большим диапазоном регулирования скорости при
постоянной мощности применяют трехфазные коротка*
замкнутые асинхронные двигатели, простые в управле-
нии, надежные н удобные в эксплуатации. Регулирова-
ние скорости рабочих органов в этом случав произво-
дится переключением шсстерец. в коробке скоростей
станка. Применяют также многоскоростные асинхрон-
ные двигатели с переключением числа пар полюсов, что
обеспечивает ступенчатое регулирование скорости и по-
зволяет уменьшить размеры коробки передач.
На продольно-строгальных, кругло- н плоскошлнфо-
вальцых и других станках, работающих с высоким ди-
апазоном регулирования скорости при М «const или в
режиме частых реверсов, применяют системы электро-
привода с регулированием угловой скорости двигателей
постоянного тока изменением напряжения на якоре, а
именно Г—Д а МУ в качестве возбудителя, ТП—Д
(тиристорный преобразователь—двигатель). <
Привод подачи тяжелых токарных, карусельных, фре-
зерных, расточных и некоторых других станков часто вы-
полняется от отдельного электродвигателя. Это упро-'
щает кинематику станка и облегчает его автоматизацию.
Момент сопротивления Мс на валу двигателя подачи
создается в основном силами трения, возникающими
при перемещении элементов стайка. При пуске двигате-
ля значение Мс будет больше, чем во время работы, так
как коэффициент трения покоя ро>Цмвж- это обстоя-
тельство следует учитывать при выборе типа двигателя.
Для отдельных электроприводов подачи небольших
станков следует применять асинхронные короткозам-
кнутые Двигатели с повышенным пусковым моментом
(тина АОП.АС). Регулирование скорости додачи в этом
случае производится изменением передаточного числа
коробки скоростей или переключением числа пар полю-
сов двигателя. В тех случаях, когда требуется плавное
изменение подачи (например, в тяжелых карусельных,
фрезерных и шлифовальных станках), применяют дви-
гатели постоянного тока с питанием их по системе
ПМУ—Д, Г-Д или ТП—Д.
В последнее время получили широкое применение
гидроприводы для осуществления поступательных дви-
213
жеийй узлов станков, например силовых головок в аг-
регатных станках, суппортов в гидрокопировальныхи
других специальных станках и т. п. Гидроприводы также
применяются s зажимных' устройствах станков для за-
крепления обрабатываемых деталей, в механизмах пе-
реключения передвижных блоков шестерен в коробках
скоростей вГ т. л.
Рис. 6-3. Условные обозначения конструктивных исполнений электро-
двигателей ва юпематических схемах станков.
а—ва лавах; в—фваицсаое; эстроеедое.
Выбор типа двигателей для станков. Для современ-
ного станкостроения характерно стремление приблизить,
двигатель к рабочему органу стаИка, это позволяет упрос-
тить кинематические, цепи, снизить потери в передачах и
сделать привод более компактным, что в свою очередь
ведет к органическому слиянию электрической и механи-
ческой частей станка. Это обстоятельство привело к при-
менению на станках кроме двигателей нормального ис-
полнения со станиной на лапах, двигателей специально-
го исполнения со станиной без лап, имеющих фланец на
подшипниковом щите. На рнс. 6-3 показаны условные
обозначения различных форм исполнения двигателей на
кинематических схемах станков. Применение фланцевых
двигателей, которые могут устанавливаться непосредст-
венно на основание станка как горизонтально, так и
вертикально, позволяет в .ряде случаев- упростить конст-
рукцию станка, например, за счет изъятия конических
шестерен, служащих для сочленения взаимно перпенди-
кулярных валов, и осуществить более компактную
встройку двигателя в станок.
Приводные двигатели станков должны быть, защище-
ны от вредного влияния окружающей среды (попадания
в них машинного масла, эмульсии, металлической и. аб-
разивной пыли н др.), Если при работе, станка не образу-
ем
ется металлической пыли и исключено попадание в дви-
гатель капель масла (эмульсин); то могут быть исполь-
зованы защищенные двигатели. Во всех других случаях
следует применять для привода станков закрытые дви-
гатели с наружным обдувом или с естественным охлаж-
дением.
Двигатели переменного тока выбирают из серии 4Ас
короткозамкнутым ротором одно- и многоскоростные
встраиваемые н повышенной точности (серий 4АВ и
4АП) преимущественно на синхронную частоту вращения,
3000 и 1500 об/мин. Двигатели постоянного тока выби-
рают из новой серии 211 или специальные закрытые дви-
гатели с естественным охлаждением серий ПС (без та-
хогенератора), ПСТ и ПБСТ (с встроенным тахогенера-
тором). Для следящих электроприводов используют
малоннерциоиные двигатели с гладким якорем серии
ПГТ, допускающие кратковременную перегрузку по то-
ку до /кратк^8/Ном при номинальном магнитном потоке.
Для систем программного управления применяют шаго-
вые двигатели и двигатели с печатными обмотками якоря
типа ПЯ, а также специальные малоинерционные высо-
комоментные (Мкратк^УМном) двигатели постоянного
тока типа ПБВ с возбуждением от постоянных магнитов.
6-4. РЕГУЛИРОВАНИЕ СКОРОСТИ ПРИВОДОВ СТАНКОВ
Для наиболее полного использования режущего ин-
струмента и станка обработка изделий должна произво-
диться при так называемой экономически выгодной (оп-
тимальной) скорости резания, которая при работе станка
с соответствующей подачей и глубиной резання должна
обеспечить обработку детали с необходимой точностью
И чистотой поверхности при минимальных приведенных
удельных затратах на обработку; производительность»
при этом будет несколько ниже наибольшей возможной.
Оптимальная скорость резания зависит от твердости об-
рабатываемого материала, свойств материала и геомет-
рии режущего инструмента, а также от характера обра-
ботки. На одном и том же станке могут обрабатываться
детали разных размеров, из различных материалов и раз-
личными инструментами, что является причиной изме-
нения режимов резания. Например, на токарных станках
при постоянной частоте вращения шпинделя Лщд с изме-
215
Вением диаметра обработки doep будет изменяться ско-
рость резания, м/мин:
v, = jtdrfp Пша11000. (6-1)
Следовательно, чнстбта вращения шпинделя станка
определяется двумя факторами — диаметром do6₽ в ско-
ростью резания о». Рациональное использование станка
Требует изменения частоты вращения шпинделя при из-
менении технологических факторов.
Регулировочные свойства механизмов станков харак-
теризуются следующими показателями;
1) диапазоном регулирования D, который
при вращательном движении рабочей части станка равен
отношению максимальной угловой скорости (или часто-
ты вращения) к минимальной
£) _ ®>шп,тах Лшл,тах (6-2)
Фшп.тМ пшп,тШ
для станков с поступательным движением —.определяет-
ся отношением линейных скоростей: максимальной vmax
к минимальной ост/п,Т. е.
D = vmaxfvmin. (6-3)*
Примерные значения диапазона регулирования скоро-
сти для приводов главных движений DT и приводов по-
дач Da некоторых типов станков даны в табл. 6-1;
2) плавностью регулирования, которая
определяется отношением скоростей на двух соседних
ступенях регулирования I и /4-1, т. е.
ф =»' = COf+1/W;. (6-4)
Это отношение называется коэффициентом регулиро-
вания.
С уменьшением коэффициента ф возрастает плотность
регулировочного процесса, которая в значительной сте-
пени влияет на производительность станка. В практике
станкостроения чаще всего применяются значения Ф=
=1,1.2; 1,26; 1,41; 1,58;
3) экономичностью регулирования, ха-
рактеризуемой затратами на создание данной системы
привода и стоимостью потерь энергии при регулировании
скорости;
4) стабильностью работы привода, кото-
рая характеризуется перепадом скорости с изменением
нагрузки на рабочем органе станка.
216
;•> Таблица 6-1
Значения диаиазоноя регулирования скорости приводов главных
Движений и подач
Диапазон регулмриния для
•* приводов
ТЖ) стаякм _ главного движе- ния Dr движения подачи Da
* ' " " Токарные (средние и крупные) 40-125 50—300
Карусельные (тяжелые) 40-100 ЦЮ—7000
радиально-сверлильные 20—100 5—40
«^Горизонтально-расточные (средние) 25—100 30—150
Фрезерные (универсальные) 20—40 100-600
Продольно-строгальные средних в больших размеров 10-30 . 50—100
Механическое ступенчатое регулирование скорости
главных приводов. На многих станках и до настоящего
времени применяют трехфазиые односкоростные асин-
i хронные двигатели с чисто механической системой регу-
лиррвания скорости, осуществляемой путем переключе-
' ния шестерен коробки скоростей. В современных конст-
рукциях коробок скоростей переключения производятся
дистанционно: с помощью электромагнитных фрикцион-
ных муфт, например в токарных станках средних разме-
ров; гидравлических механизмов, например в тяжелых
шлифовальных станках.
На рис. 6-4, а показан узел изменения угловой скоро-
сти вала // путем переключения шестерен при помощи
трех электромагнитных фрикционных муфт Эм1—ЭмЗ.
На рис. 6-4,6 приведен узел включения и реверсирова-
ния вала III при помощи механической фрикционной
муфты (фрикциона) МФ, переключаемой гидроцилицд-
рами 1ГЦ и 2ГЦ, реверсивный золотник РЗ которых
управляется электромагнитами 1Э и 2Э.
Ступенчатое механическое регулирование угловой
скорости, осуществляемое переключением шестерен ко-
робки скоростей, не обеспечивает для разных диаметров
обработки наиболее выгодную скорость резания. Сле-
довательно, станок при изменении d06P не может обеспе-
чить высокую производительность.-Кроме того, коробка
скоростей представляет собой довольно сложную и гро-
моздкую конструкцию, стоимость которой возрастает с
увеличением числа ступеней.
е
217
Электромеханическое регулирование скорости глав-
ных приводов. Для упрощения кинематических/схем
станков небольших и средних размеров при ступенчатом
регулировании угловой -скорости применяют многоско-
ростные асинхронные короткозамкнутые двигатели
(двух-, трех- и четырехскоростные). На рис. 6-4,в и г
3м1
Рис. 64. Узлы переключения шестерен (а, б) и кинематические схе-
мы коробок скоростей (в. г).
дано сопоставление кинематических схем коробок ско-
ростей для получения на шпинделе 12 угловых скоростей
при использовании для привода одно- и двухскоростного
двигателя. Во втором случае количество шестерен умень-
шилось на две, блоков переключения — иа одни, проме-
жуточных валов — на один.
Более значительные результаты дает упрощение кине-
матических схем рабртающего при постоянстве мощно-
сти нагрузки главного привода тяжелых станков, в ко-
торых применяются двигатели постоянного тока иезавн-
218
им ого возбуждения, позволяющие плавно регулировать
гловую скорость с постоянством мощности изменени-
м тока возбуждений двигателя в диапазоне £>вл==
*=(4—6): 1 при постоянном напряжении на якоре. Но
тйк как требуемый диапазон регулирования скорости
главных приводов станков (804-100) : 1, то приходит-
ся вводить механическое регулирование (коробку скоро-
стей) с диапазоном
f Z)Mex=D/DeJ1 = (604-120):(4-i-6)«(15-i-20):l. (6-5)
В некоторых -случаях при комбинированной нагрузке
диапазон электрического регулирования доводят до
(8—12) ; 1, Используя при этом .двигатели общепромыш-
ленного назначения, для которых обычно допускается
1,64-2) Оном, и двухзонное регулирование скоро-
стиослаблением магнитного потока в диапазоне
Д>л,ф== (1,84-2) : 1 в зоне высоких скоростей, где обычно
мощность нагрузки постоянна, и изменением подводимо-
• го к .якорю двигателя напряжения при Dw,u=(54-6) : 1
- в зоне низких скоростей, где постоянен момент нагрузки.
Если же во всем диапазоне О», мощность нагрузки по-
стоянна, то требуется завышение установленной мощно-
сти двигателя по крайней мере в D^.v раз, что в боль-
шинстве случаев экономически невыгодно.
В обоих случаях коробка скоростей станка оказыва-
ется сравнительно простой, имеющей две — три механи-
ческие ступени скорости.
Электрическое бесступенчатое регулирование скоро-
сти главных приводов. Такой способ регулирования при-
меняется в станках, скорость главного привода которых
регулируется в диапазоне £>^(84-12) ; 1 идо 40 :1 при
сохранении А(с« const в значительной части диапазона.
В этом случае коробка скоростей с переключающими бло-
ками заменяется редуктором, который имеет более прос-
тую кинематическую схему.
В практике станкостроения для регулируемых приво-
дов до настоящего времени широкое применение имеют
приводы Постоянного тока по системе Г-Д с ЭМУ в ка-
честве возбудителя, обеспечивающие плавное регулиро-
вание скорости и достаточно хорошие динамические ха-
рактеристики. Для сохранения стабильности скорости
при Изменении нагрузки применяют различные системы
автоматического регулирования, в которых используют-
ся магнитные и полупроводниковые усилители.
219
В последние годы Для таких приводов вместо влек*
тромашинных преобразователей, имеющих значительные
габариты, невысокий КПД и большие экенлуатационные
расходы, все большее применение получают статические
преобразователи на управляемых полупроводниковых
вентилях — тиристорах, обладающие следующими пре-
имуществами: меньшей стоимостью силовых элементов;
более высоким КПД; не требуется применение фундамен-
та; эксплуатация вентильного преобразователя проще,
а надежность выше в'сравнении е электромашинным
преобразователем.
Регулирование скорости приводов подач. • В приводах
подач, характерные особенности которых были отмечены
в § 6-3, используется механическое н электромеханиче-
ское ступенчатое4регулирование скорости, а также элек-
трическое бесступенчатое регулирование. Мощность, не-
обходимая для осуществления подачи, значительно мень-
ше мощности главного привода, так как ОподСОгл, »иж.
' В станках небольших и средину размеров (токарно-
1 винторезных, сверлильных, зубофрёзерных и др.) пода-
ча производится от главного привода через отдельную
коробку передач, что позволяет сохранить постоянным
установленное соотношение оПод/лШп, но в этом случае
нельзя изменять скорость и№д в процессе резания и
усложняется кинематическая схема станка.
Коробка подач может быть упрощена при ступенча-
том электромеханическом регулировании скорости, кото-
рое может быть осуществлено, например, при помощи
многоскоростных асинхронных двигателей.
При таком способе регулирования двигатель выбира-
ется такой мощности, чтобы он мог обеспечить наиболь-
ший приведенный к валу двигателя момент нагрузки
Мп, max И наибольшую уГЛОВуЮ СКОрОСТЬ (Отах, ПрОПОрЦИО-
иальную оаод,яим, т. е. его номинальная мощность
" '^вом Ю-"8» (6-6)
и он будет полностью использоваться по мощности толь-
| ко при работ? привода с максимальной скоростью. Вы-
бранный двигатель необходимо проверить по пусковому
моменту из условия возможности трогания с места, ког-
да Мо^Цдвиж* ,
Преимущества бесступенчатого электрического регу-
лирования скорости приводов подач остаются теми же,
что и Для главных приводов. В простейшем случае такой
220
год можно осуществить е помощью электромагнит*
Лой муфты скольжения (ЭЛМ) , связывающей асинхрон-
жый короткозамкнутый двигатель с механизмом подачи.
Муфта состоит (рис. 6-5, а) из двух механически не
связанных частей: ведущей (якоря) 1, выполненной из
ферромагнитного материала и связанной непосредствен-
но или через передачу с валом приводного двигателя Д,
Рис. 6-5. Электропривод с электромагнитной муфтой скольжения.
а — схема включения элементов; б — механические характеристики муфты
скольжения.
и ведомой части (индуктора, в продольные пазы которо-
го закладывается обмотка возбуждения 3, присоединен-
ная к контактным кольцам) 2, связанной жестко через ре-
дуктор Ред с механизмом подачи РМ. Между якорем и
индуктором имеется воздушный зазор: Якорь муфты вра-
щается с такой же угловой скоростью,’ как и двигатель Д,
Ведомая часть муфты прн отсутствии в катушке тока не-
подвижна. Когда по катушке проходит ток возбуждения
то создаваемый им магнитный поток будет пересекать
якорь н наводить в нем вихревые токи, взаимодействие
которых с магнитным полем индуктора создает вращаю-
щий момент, вследствие чего ведомая часть муфты при-
ходит во вращение.
221
На рнс. 6-5, б сплошными линиями показаны механи-
ческие характеристики привода с ЭЛМ. При одном и том
же токе возбуждения с возрастанием частоты вращения
индуктора момент, передаваемый муфтой, уменьшается.
С ростом тока /« при неизменном значении угловая
скорость ведомого вала муфты возрастает.
Для стабильного регулирования скорости подачи не-
обходимо иметь более жесткие характеристики (пунк-
тирные кривые иа рис. 6-5, б). Это достигается путем ав-
томатического регулирования по выходному параметру
системы, т. е. по угловой скорости. На рис. 6-5, а даиа
схема такого привода с центрббежным регулятором уг-
ловой скорости, обеспечивающая диапазон регулирова-
ния до 8 : 1 при перепаде скорости не более 15%.
При пубке двигателя Д контакт центробежного регу-
лятора РЦ остается замкнутым до тех пор, пока скорость
ведомого вала не достигнет установленного значения,
при котором центробежное усилие вызывает размыкание
контактов РЦ. В цепь первичной обмотки трансформа-
тора Тр 'вводится Сопротивление R, это вызовет сниже-
ние напряжения и уменьшение тока /в. Следователь-
но, уменьшатся момент муфты и скорость ведомого вала,
а контакты регулятора РЦ вновь замкнутся. Это приве-
дет к увеличению момента муфты и возрастанию скоро-
сти и т. д. Такой режим вибрационного регулирования
обеспечивает поддержание средней скорости муфты на
заданном уровне, установка которого производится воз-
действием иа винт центробежного регулятора, изменяю-
щего степень сжатия пружины, при помощи которой про-
изводится замыкание контактов РЦ.
Путем введения обратной связи по скорости, осуще-
ствляемой тахогенератором и усилителем, можно обес-
печить более точное регулирование скорости привода при
большем диапазоне.
При работе муфты в якоре возникают выделяемый в
виде тепла потери мощности, которые пропорциональны
. передаваемому моменту и скольжению. Коэффициент по-
лезного действия привода с электромагнитной муфтой
определяется выражением »
Ч»п=»Ч«.д(1 — «). (6-7)
где т)аЛ—КПД приводного асинхронного двигателя;
з—скольжение муфты. .
1 При глубоком регулировании скорости КПД привода
резко уменьшается, поэтому привод с ЭЛМ целесообраз-
но применять для механизмов подач с- максимальной
Мощностью до 1,2—1,5 кВт при диапазоне регулирования
(4—6) : 1. Преимуществами такого привода являются:
я)
Рис. 6-6. Принципиальная схема электропривода серии ПМУ-П.
простота и надежность, плавность пуска и регулирова-
ния скорости, большой срок службы и удобство управ-
ления.
При необходимости более глубокого регулирования
(свыше 101 1) для приводов подач применяют двигате-
ли постоянного тока, частота вращения которых регули-
руется изменением подводимого к якорю напряжения, по-
лучаемого от отдельного управляемого преобразователя
в виде ЭМУ, ПМУ или ТП. В настоящее время для регу-
лируемых приводов подач преимущественное применение
имеет система ТП—Д.
22а
На рис. 6*6, а приведена принципиальная схема при-
вода серии ПМУ-П, разработанного в ЭНИМС и приме-
няемого для подачи токарно-револьверных, шлифоваль-
ных н других станков. Якорь двигателя постоянного то-
ка Д питается от сети переменного тока через рабочие
обмотки трехфазного магнитного усилителя ПМУ че-
рез выпрямитель В2, Магнитный усилитель имеетдве об<-
мотки управления! задающую wz, которая питается от
отдельного выпрямителя Через триод ПТ4; смещения w*
магнитодвижущая сила (МДС) которой выбрана так,
цто при отсутствии тока в обмотке Ша магнитный усили-
тель закрыт.
Для получения жестких механических характеристик
двигателя Д (рис. 6-6, б) в системе имеется отрицатель-
ная обратная связь по скорости, осуществляемая при
помощи тахогенератора ТГ и промежуточного усилйтеля
ПУ на триодах ПТ1, ПТ2 и ПТ4. Задающее напряжение
U„ снимаемое стотенциометра ПЗ, сравнивается с на-
пряжением £/о,о тахогенератора, и их разность подается
на вход усилителя ПУ, выходной сигнал которого посту-
пает* на обмотку ws и определяет напряжение на якоре
двигателя Д. Вход усилителя шунтирован диодами Д1
и Д2, которые защищают триод ПТ1 от перенапряжений,
возникающих при резких изменениях задающего напря-
жения (пуск, остановка и др.). Рассматриваемая схема
имеет еще внутреннюю положительную .связь, создавае-
мую постоянной составляющей тока в рабочих обмотках
W1, включенных последовательно с диодами Bl. С рос-
том тока двигателя 1а увеличивается н постоянная со-
ставляющая Id, что приводит к увеличению подмагничи-
вания ПМУ, росту напряжения на его выходе и к соот-
ветствующей компенсации падения угловой скорости о
увеличением нагрузки. Механические характеристики-.'
двигателя (рис. 6*5, б) в рассматриваемой схеме полу-
чаются достаточно жесткими, что обеспечивает регули-
рование угловой скорости в диапазоне до ,100t1. В схеме
имеется узел токовой «отсечкиэ, состоящий нз трансфор-
матора тока ТТ, выпрямителя ВЗ, диодов ДЗ и Д4 и трио-
да ПТЗ.
Недостатком приводов серии ПМУ-П является срав-
нительно большая инерционность, Повысить быстродей-
ствие привода, что важно для ограничения нагрузок ме-
ханизмов подач, возможно путем применения быстродей-
ствующих магнитных усилителей, . -
224
Более высоким быстродействием и жесткими механи-
ческими характеристиками обладают приводы с тирис-
торными преобразователями для управления двигателя-
ми постоянного тока, схемы которых будут рассмотрены
ниже»
К ИЖИМЫ ГАВОТЫ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ СТАНКОВ
Необходимая для работы станка мощность, а следб-
вательпо, и мощность, развиваемая приводным двигате-
лем, в общем случае изменяются в процессе обработки
детали» При изготовлении однотипных деталей с окон-
чанием обработки одной из них станок останавливается,
производится измерение и смейа заготовки, причем на
это время (#о) двигатель обычно отключается или отклю-
чается посредством фрикционной муфты шпиндель,
а двигатель продолжает работу на холостом ходу. Затем
начинается обработка новой детали в течение времени tt
и т. д. Для обеспечения нормальной работы станка при
подобной переменной нагрузке двигатель должен удов-
летворять двум условиям: развивать наибольшую мощ-
ность, требуемую в процессе обработки, и н% перегре-
ваться свыше кормы при работе с переменной нагрузкой.
В продолжительном режиме с постоян-
ной нагрузкой (S1) работают главные приводы
крупных токарных, карусельных, шлифовальных, зубо-
фрезерных и других станков. Номинальная мощность
двигателя в этом случае должна быть выбрана равной
или немного большей номинальной-мощности станка, оп-
ределяемой по наибольшей мощности резания.
Перемежающийся режим работы* с
частыми .рев е р св м и (S7) характерен, например,
для главного привода продольно-строгальных станков.
Мощность двигателя здесь выбирается по нагрузочной
диаграмме методом средних потерь или эквивалентных
величин.
В повторно-кратковременном режиме
(S3 или S4) работают электроприводы многих металло-
режущих станков (например, сверлильных, заточных, ав-
томатов и др.). Мощность двигателя в этом случае опре-
деляется также методом средних потерь или эквивалент-
ных величин.
В кратковременном режиме (S2) работа-
ют вспомогательные приводы ставков (например, приво-
15-612 " 225
ДЫ быстрых перемещений суппортов и поперечин, при-
воды зажимных устройств и др.). Время работы.вспомо-
гательных приводов обычно незначительно и составляет
5—15 с для небольших станков и 1—1,5 мин для круп-,
пых станков. Номинальная мощность двигателя вспомо-
гательных приводов определяется условиями перегрузки.
Машиностроительные предприятия имеют большой
чпарк металлорежущих станков с асинхронными двигате-
лями.. Недогрузка этих двигателей приводит к увеличен
нйю непроизводительного расхода электроэнергии из-за
снижения КПД двигателей н к уменьшению общего
cos <р предприятия, так как в его электрической нагрузке
возрастает доля реактивной мощности. В результате
ухудшается использование мощности питающих пред-
приятие трансформаторов и линий электропередачи, уве-
личиваются потерн энергии в системе электроснабжения.
Поэтому приходится устанавливать компенсирующие
устройства, повышающие коэффициент мощности до нор-
мы. С этой же целью следует стремиться к более полной
загрузке двигателей и к сокращению или исключению
холостого хода.
6-6. ВЫБОР СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗАЦИИ СТАНКОВ
Эксплуатационные качества станка, такие как произ-
.водительность, удобство обслуживания и надежность ра-
боты, в большой степени зависят от системы управления
его механизмами. Общее направление развития совре-
менного станкостроения —автоматизация опера-
ций управления рабочими движениями и
максимальное упрощение операций
управления вспомогательными движение
м и, которые иногда выполняются вручную. При автома-
тизации управления облегчаются условия труда рабоче-
го-станочника, который освобождается от тяжелых физи-
ческих усилий и монотонных утомляющих движений, от
необходимости запоминания зачастую сложной последо-.
вательности выполнения операций по управлению стан-
ком,
• В соответствии с назначением и конструктивными осо-
бенностями станка, а также характером технологическо-
го процесса, система управления станком разделяется
обычно на ряд цепей, которые могут работать иезависи- -
22$
мо3 Либо должны быть взаимно связаны или сблокирова-
МЙ*.К системе управления станком Предъявляются сле-
дующие требования:
? '1) безопасность и удобство управления — достигается
расположением органов управления в легкодоступных
местах, чтобы рабочему не приходилось много ходить во-
круг стайка;
Вт 2) быстрота управления, т. е. на операцию управле-
ния должно затрачиваться тем меньше времени, чем чаще
с^Иа Производится;
Ri 3) точность системы управления, которая устанавли-
вается в зависимости от назначения системы н выполняе-
мой ею функции.
В настоящее время в системах управления станками
F применяются механические, электрические, гидравличе-
ские, пневматические устройства и нх сочетания.
р" Механические элементы и средства автоматизации
широко ^пользуются для управления рабочими и вспо-
могательными движениями в стайках-автоматах н полу-
байтом атах, предназначенных для крупносерийного н мас-
tсового производства типовых деталей (например, в со-
временных токарно-револьверных автоматах).
f Гидравлическое управление исходит широкое прнме-
I Пение в агрегатных, копировальных и других станках бла-
годаря его простоте, быстродействию, плавности хода эле-
гментов гидропривода, уменьшающему вибрацию станка.
Гидравлические системы управления имеют и иедостат-
t ки: связи между отдельными элементами осуществляют-
•ся посредством рычагов и маслопроводов, что усложняет
конструкции станков; прн эксплуатации В гидросистеме
Смогут нарушиться уплотнения и появляется течь; в стан-
ке постоянно иаходится большое количество масла, ко-
тороенеобхоДимо периодически менять.
| - В последние годы непрерывно расширяется примене-
I Ийе в стацкостроенин пневматических устройств управ-
ления. Пневматические элементы и системы большей
частью применяются в сочетании с гидравлическими или
електрическимн элементами. В таких системах движущая
л,сила создается сжатым воздухом, а гидравлическая'или
{электрическая аппаратура используется для регулирова-
ния Скорости перемещения.
К настоящему времени наибольшее распространение
। получили электрические системы управления металлоре-
жущими станками. Применение электрических элементов
rtf* 227
и устройств управления облегчает проведение широкой
унификации и стандартизации узлов стайка, что снижает
его стоимость.
Электрическая автоматизация станков обладает зна-
чительными преимуществами перед всеми другими спо-
собами автоматизации, обеспечивая удобную эксплуата-
цию и простую наладку станка, расширяя тем самым воз-
можности создания и применения станков-автоматов.
В некоторых случаях эффективно применение смешанных
систем управления, например: гидравлики или пневма-
тики для выполнения силовых функций, а электрических
устройств — для управления ими. Такие системы управ-
ления нолучили название электрогидравлическйх или
электропневматических.
6-7, ТИПОВЫЕ БЛОКИРОВОЧНЫЕ СВЯЗИ В СХЕМАХ
УПРАВЛЕНИЯ СТАНКАМИ
Для выполнения рабочего цикла в схемах автомати-
ческого управления станками должна быть взаимосвязь
между различными режимами работы одного н того же ме-
ханизма или между отдельными механизмами станка.
В станках различных типов и модификаций можно отме-
тить некоторые типовые взаимосвязи, призванные осу-
ществлять следующие режимы.
а) Наладочный и рабочий режимы станка. В рабочем режиме
’ привод станка работает длительно или повторно-кратковременно, что
обусловливается выполнением производственных операций. Нала-
дочные операции производятся длй опробования отдельных узлов
ставка, для проверки правильности установки заготовки и инстру-
мента. Этот режим характеризуется кратковременными включения-
ми ненагружеиного привода при малых угловых Скоростях двигате-
ля (если регулируется скорость привода). На рис. 6-7 приведены
схемы согласования наладочного и рабочего режимов привода с
асинхронным двигателем. Для длительного режима (рис. 6-7, а) на-
жимается кнопка КнП, получает питание контактор ХЛ, который
главными контактами включает двигатель Д, одновремещю замы-
кающем контактом блокирует кнопку КнП, поэтому после кратко-
временного нажатия эта кнопка может быть отпущена.
Для наладочного режима используется двухконтакт-
ная кнопка КнТоач. При нажатии этой кнопки ее раз-
мыкающий контакт деблокирует кнопку КнП, а через
замыкающий контакт получает питание контактор КЛ и
включается двигатель, который будет работать в течение
времени воздействия на кнопку КнТолч. Кратковремен-
ными нажатиями на эту кнопку можно заставить двига-
228
ль работать в импульсном режиме со средней угловой
оростью, значительно ниже номинальной.
Взаимосвязь между наладочным и рабочим режимами
>жет быть осуществлена путем введения йромежуточ-
ного 'рълъРП (рис. 6’7, б), заменяющего двухконтактную
Кнопку КнТолч. Аналогичные схемы для получения нала-
дочного режима применяются в приводах с многоскорост-
Рис. 6-7. Принципиальная схема взаимосвязи наладочного В рабоче-
го режимов.
ними асинхронными двигателями, а также в приводах
постоянного тока, управляемых по системе Г—Д или
ТП-Д.
б) Ограничение перемещений и точная остановка механизмов
станка. Применяется для исключения столкновения между отдель-
ными подвижными элементами или для предупреждения выхода
узлов станка из нормального зацепления с ведущим звеном кинема-
тической цеди. Например, в цлоскощлифовальных, продольных стро-
гально-фрезерных и других станках совершаемый столом путь огра-
ничивается конечными выключателями, которые переключаются убо-
рами, расположенными на столе (гл. б).
На рис. 6-8, а показана схема отключения привода
вращения обрабатываемого изделия круглошлйфоваль-
"йОго станка при выходе круга из зоны шлифования. В та-
ких станках поступательное перемещение шлифовальной
бабки производится обычно от гидропривода. В исход-
ном положении механизма размыкается контакт конеч-
ного выключателя В К и двигатель Д автоматически, от-
ключается. Для интенсивного торможения привода кру-
га используется электромеханический тормоз ЭмТ,
229
Следует отметить, что гидравлические устройства Поз- ,
воляют просто обеспечить работу механизма подачи иа
жестком упоре, а затем изменить направление его пере-
мещения. На рйс. 6-8, б показана принципиальная схема
управления гидроприводом подачи станка. При подходе
к крайнему положению механизм становится на жёсткий
Рис. 6*8. Схемы отключения двигателя .при ограничении перемещения
механизма. *
а —для привода вращения изделии круглошлифовального стайка; б —для
гидропривода подачи агрегатного станка.
упор, срабатывает конечный выключатель ВК и реле вре-
мени РВ начинает отсчет длительности остановки на упо-
ре. По истечении установленной выдержки времени вклю-
чается промежуточное реле РК вдается импульс на
включение электромагнита ЭмН, который переключает
гидропривод на отвод механизма в исходное положение,
контролируемое выключателем ВКИ.
в) Согласование работы отдельных приводов. В крупных стай-
ках Между отдельными .рабочими органами часто не бывает меха-
нической связи, поэтому возникает необходимость в определенной
последовательности введения их в работу, а также должна соблю-
даться очередность отключения главного привода и привода пода-
чи, должна ёвоевременно подаваться смазка и т. д. Так, в истаяло?
режущих станках, имеющих отдельный привод подачи, во избежа-
ние поломки инструмента Главный привод должен включаться
первым При поступлении команды на отключение, наоборот, главный
привод должен останавливаться после остановки привода цодачи.
Указанную последовательность работы приводов ббес«
печивает схема, показанная на рве, 6-9.
Я»
^Первоочередность включения главного привода здесь
обеспечивается введением в цепь катушки контактора
Л77 замыкающего контакта контактора КГ. Прн. нерабо-
тающем приводе подачи контактор главного привода КГ
«Отключается без Выдержки времени после нажатия кноп-
ки КнСЛ. Для отключения главного привода при рабо-
ющем приводе подачи следует длительно нажать на
s-
кит
кг
ггг
РТ2
KffCJ
РТ1
Рис. 6-9. Схема согласования работы главного привода и привода по-
дачи ставка.
КИМ кипя
кнопку КнС1. При этом теряет питание промежуточное
реле РП, обесточивается контактор КП и отключается
двигатель подачи Д2. Отключение главного привода с
двигателем Д1 произойдет через некоторе время, обу-
словленное уставкой реле времени РВ, катушка которо-
го подключена параллельно катушке контактора КП.
При кратковременном воздействии на кнопку КнС1 вновь
включится реле РП, и если к этому моменту реле РВ не
сработало, то главный привод не отключится после от-
ключения привода прдачн.
«-8. ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ АППАРАТУРА УПРАВЛЕНИЯ СТАНКАМИ
* В системах управления станков и автоматических ли-
& ний нашли широкое применение низковольтные электри-
ческие аппараты, серийно выпускаемые Отечественной
промышленностью: магнитные пускатели, контакторы,
реле'напряжения и тока, электромагниты и электромаг-
нитные муфты, путевые выключатели и переключатели,
автоматические выключатели и др.
С
231
Рассмотрим технические особенности новых типов
управляющих аппаратов, многие из которых специально
спроектированы для использования на станках.
Магнитные пускатели серий ПАЕ и ПМА предназна-
чены для дистанционного управления асинхронными
двигателями с короткозамкнутым ротором мощностью
17—75 кВт при напряжении сети 380 В, а также для за-
щиты их от продолжительных перегрузок и токов, возни-
кающих прн обрыве одной из фаз. Основное исполнение
пускателей: с электромагнитом постоянного и перемен-
ного тока, реверсивные и нереверсивные, с тепловым и
без теплового реле, открытого и защищенного исполне-
ний, без кнопок и с кнопками управления и сигнальной
лампой. Номинальный ток контактов главной цепи пуска-
теля 40, 63, ПО и 160 А, контактов вспомогательной це-
пи — 6 А.
Для защиты силовых цепей от к. э. и чрезмерных пе-
регрузок в последние годы широкое применение получи-
ли автоматические выключатели (автоматы). Отечест-
венная промышленность выпускает однополюсные авто-
матические выключатели для однофазного переменного
тока, трехполюсные для трехфазного тока и двухполюс-
ные для постоянного тока. Трехполюсиый автоматический
выключатель может быть снабжен: тремя электромаг-
нитными расцепителями максимального тока, которые
практически мгновенно (/отк~0,0154-0,02 с) отключают
аппарат при токах, превышающих номинальный в 6—10
ра.з, или тремя тепловыми расцепителями, которые от-
ключают аппарат при продолжительных перегрузках на
25% за время не более 20 мин, и на 200—250% в течение
5—30 с.
Применяются также автоматические выключатели с
комбинированными расцепителями (токовыми, тепловы-
ми и минимального напряжения). Автоматический вы-
ключатель одновременно, заменяет вводный выключатель,
предохранители и тепловые реле. Их применение обес-
печивает при срабатывании защиты отключение всех трех
фаз. В станкостроении получили применение следующие
типы автоматических выключателей:
АП50 — на'/ном^бО А при номинальном напряжении
до 380 В переменного тока и 220 В постоянного тока, с но-
минальными токами расцепителей от 1,6 до 50 А, ток
мгновенного срабатывания (отсечка) может устанавли-
ваться 5,7 и 101вом,
232
АК50на Лйм=50 А при Е4ом?С400 В переменного
120 В постояймого тока, на /всм,вм,р»сц от 5 до 50 А. при
ах отсечки 5 и 10/иом. Для пуска и защиты асинхрон-
х двигателей рекомендуется применять выключатели с
^Ю/ввм, для защиты вентилей полупроводниковых
-юбраэователей — с 7оТС==5 /вома
АЁ2000 —на 7Иом==Ю, 25, 63 и 100 А для установки
электрических цепях напряжением до 500 В перемен-
ЗйОГО и до 220 В постоянного тока, с комбинированным
расцепителем на 7Отс=127ном±20%. Выключатели изго-
дов'ляются с передним и задним присоединением проводов,
имеют температурную компенсацию, позволяют регули-
ровать ток уставки теплового расцепителя в пределах от
0,95 до 1,15 /вом, могут быть встроены в комплектные
устройства.
Тиристорные переключатели ПТМ предназначены для
бесконтактного управления асинхронными двигателями
мощностью до 5 кВт, электромагнитами и другими на-
грузками переменного и постоянного тока и применяют-
ся для работы в системах электропривода и промышлен-
ной автоматики. При соответствующих соединениях с
помощью ПТМ реализуются включение (/вкл^Ю мс),
отключение, реверс, динамическое торможение (70тк^
^15 мс) нагрузочных устройств при числе коммутируе-
мых фаз до трех.
Реле токовые тепловые серии РТТ предназначены для
защиты трехфазных двигателей с короткозамкнутым ро-
тором от длительных перегрузок (7пер^1,2—1,3 7НОМ),
а также от перегрузок, возникающих при обрыве одной
из фаз. Реле выпускаются на номинальные токи 10, 25,
63 и 160 А, допускают регулирование тока несрабатыва-
ния в пределах (0,85—1,0)7вом,теп.ел<>м, имеют ускоренное
срабатывание при обрыве одной из фаз и другие особен-
ности.
Реле промежуточные универсальные электромагнит-
ные серии РПУ-4 предназначены для работы в цепях
'управления электроприводами напряжением до 440 В
.частоты 50 Гц и 220 В. Втягивающие катушки реле могут
питаться как переменным током (1/Иом,кат от 12 до 440 В),
Так и ПОСТОЯННЫМ (l/ном.кат от 12 до 220 В), номинальный
и длительно допустимый ток контактов — 6 и 10 А. Кон-
тактная система и частично электромагнит закрыты про-
зрачным кожухом от случайного прикосновения и по-
падания пыли.
233
Электромагнитные муфты. В станкостроении Широко
применяются многодисковые фрикционные электромаг-
нитные муфты со смазкой, которые используются для
пуска, торможения,'реверсирования и дистанционного пе-
реключения на ходу ступеней скорости кинематических
цепей станков в главном приводе и в приводах подачи.
Электромагнитные Муфты позволяют переключать ско-
рости и подачи во время работы станка как вхолостую,
так и под нагрузкой.
Выпускаемые электромагнитные муфты рассчитаны
на номинальный передаваемый момент 250—1600 Н-м и в
режиме проскальзывания передают момент 16—1000 Н-м.
Для питания муфт используют постоянный ток напряже-
нием 24 В, получаемый от полупроводниковых выпрями*
телей.
Глава седьмая
ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ ТОКАРНЫХ СТАНКОВ
7-1. НАЗНАЧЕНИЕ И УСТРОЙСТВО ТОКАРНЫХ СТАНКОВ
Станки токарной группы относятся к наиболее рас-
пространенным металлорежущим станкам и широко при-
меняются на промышленных предприятиях, в ремонтных
мастерских и т.п. В эту группу входят: универсальные
токарные и токарно-винторезные, револьверные, токар-
но-лобовые, карусельные, токарно-копировальные стан-
ки, токарные автоматы и полуавтоматы.
На токарных станках производится обработка на-
ружных, внутренних и торцевых поверхностей тел вра-
щения цилиндрической, конической и фасонной формы,
а также прорезка каиавбк, нарезка наружной и внут-
ренней резьбы и т.д. Режущими инструментами на то-
карных станках служат в Основном резцы, но применя-
ются также и сверла, развертки, метчики, плашки и др.
Характерной особенностью станков токарной группы
является осуществление главного движения за счет вра-
щения обрабатываемой детали. Подача режущего ин-
струмента производится путем поступательного переме-
щения суппортов.
Наибольшее применение получили универсальные
токарно-вннтЬрезные станки, на которых выполняются
Ш
возможные токарные работы. В электромашиностро-
ин на токарных станках производится обточка вадов,
>дшипниковых щитов и других деталей электрических
ЕШшн. На рис. 7-1 показан общий вид универсального
^арно-винторезного станка. Основные узлы станка:
Станина /, передняя (шпиндельная) бабка 2 с коробкой
Скоростей и шпинделем 3, суппорт 4, задняя бабка 5,
Рис. 7-1. Общий вид токарно-виитЬрезного станка модели 1К62Б.
коробка подач 6, фартук 7 и шкаф с электрооборудова-
нием 8.
Станина является основной несущей конструкцией
станка. По направляющим станины перемещается ниж-
няя каретка суппорта, а также задняя бабка. Шпиндель
представляет собой полый вал, через который можно
пропускать-лрутковый материал при обработке его на
станке. На шпиндель навертывается патрон либо план-
шайба для закрепления обрабатываемого изделия, а
также может устанавливаться передний центр при об-
работке изделия в центрах.
Суппорт служит для закрепления режущего инстру-
мента (резца) и Сообщения ему движений подачи: про-
дольной и поперечной. Фартук соединен с нижней ка-
реткой суппорта и перемещается вместе с ней/вдоль ста-
нины. Движение суппорту передается через* механизм
фартука от ходового вала либо от ходового винта, ко-
торые получают вращение от коробки подач. Ходовой
винт используется, при нарезании резьб, ходовой вал —
236
при всех других видах обработки. Задняя бабка ис-
пользуется как. вторая опора при обработке в центрах
сравнительно длинных изделий. Она имеет выдвижную
пинольГв которой; закрепляется задний центр или режу-
щий инструмент для обработки отверстий—сверла, мет-
чики, раввертки и др.
Рис. 7-2. Общий вид токарио-револьверного стенка модели 1П365,
Токарно-револьверные станки предназначены для
обработки в серийном производстве деталей сложной
формы, в том числе болтов, гаек и др. Процесс обра-
ботки на этих станках состоит из нескольких последова-
тельных операций, во время которых используются раз-
личные инструменты; резцы, сверла, метчики и др., за-
крепленные в так называемой револьверной головке, ко-
торая устанавливается на суппорте. В электромашино-
строении токарно-револьверные станки применяются
для обработки подшипниковых щитов, втулок и нажим-
ных конусов коллекторов электрических машин. Приме-
нение этих станков повышает производительность труда
В 2—3 раза по сравнению с обработкой на токарно-вин-
торезных станках.
На рис. 7-2 показан общий вид токарно-револьвер-
ного станка, основными узлами которого являются: ста-
нина /, фартуки 2 поперечного суппорта 5 и суппорта 6
револьверной головки, коробка подач 3, шпиндельная
бабка 4, револьверная головка 7. При обработке заго-
товки инструменты поочередно вводятся в работу путем'
поворота револьверной головки вокруг своей оси. Суп-
236
цорт с головкой может совершать быстрые продольные
перемещения по направляющим станины. Револьверные
годовки обычно имеют шестигранную форму, режущие
рументы закрепляются в радиальных отверстиях
(гнездах) головки.
"Карусельные станки являются разновидностью то- .
«ариых станков. Их применяют для наружной обточки
• **<
Рис. 7-3. Общий вид тяжелого карусельного станка модели 1653.
gi-
lt-
га
и внутренней расточки цилиндрических поверхностей,
обточки торцов на крупных деталях большого диамет-
ра (до 13 м й более), но сравнительно небольшой дли-
ны, например: заготовок зубчатых колес, дисков паровых
турбин и др.
На рис. 7-3 показан общий вид тяжелого двухстоеч-
ного карусельного станка. Обрабатываемая деталь за-
крепляется на горизонтальной планшайбе 1, размещен-
ной на станине 2, и обтачивается резцами, установлен-
ными на левом 5и правом /верхних суппортах, а также
на боковом суппорте 9. Верхние суппорты располо-
жены на поперечине (траверсе) 6, которая Перемещает-
ся по двум стойкам 3 и 8. Боковой суппорт может Пе-
ремещаться вдоль стойки 8. Управление электроприво-
237
дйми станка может осуществляться при помощи
подвесной кнопочной станции 4.
Как уже отмечалось выше,’Станки токарной группы
весьма разнообразны по назначению, которое и онреде-
ляет их конструктивные особенности. Подробные сведе-
ния о конструкциях и кинематических схемах как токар-
ных, так н других металлорежущих станков можно най-
ти в (8]. '
7-2. ТИПЫ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ ТОКАРНЫХ СТАНКОВ
Диапазон регулирования частоты вращения шпинде-
ля токарных станков достигает (80—100): 1. При этом
желательно иметь по возможности плавное ее измене*
ние с тем, чтобы во всёк случаях обеспечить наиболее
выгодную скорость резания.
Для станков токарной группы, в которых главное
движение является вращательным, требуется обычно
постоянство мощности в большей части диапазона из-
менения скоростей и только в области малых скоро-
стей— постоянство момента, равного наибольшему до-
пустимому по условию прочности механизма главного
движения (рис. 6-2,а). Малые частоты вращения пред-
назначаются для специфических видов обработки: наре-
зания резьбы метчиками, обточки сварных швов и др,
В главных приводах токарных и карусельных стан-
ков широкого назначения малых и средних размеров
основным типом привода является привод от асинхронно-
го короткозамкнутого двигателя. Асинхронный двига-
тель конструктивно хорошо сочетается с коробкой ско-
ростей станка, надежен в эксплуатации и не требует
специального ухода. Регулирование частоты вращения
шпинделя станка в таком приводе осуществляется пу-
тем переключений шестерен коробки скоростей.
В токарных станках малых размеров пуск, останов-
ка и изменение направления вращения щпинделя часто
производятся с помощью фрикционных муфт. Двигатель
при этом остается подключенным к* сети и вращается в
одном направлении.
Для главного привода некоторых станков применя-
ются многоскоростные асинхронные двигатели. Исполь-
зование такого привода целесообразно, если оно приво-
дит к упрощению коробки скоростей или когда требует*
Ся переключение скорости шпинделя на ходу,
23*
££* Тяжелые токарные и карусельные станки, как пра-
к'йло, имеют электромеханическое ступенчато-плавное
Врегулирование скорости главного привода с использо-
ванием двигателя постоянного тока. Сравнительно про-
стая коробка скоростей таких станков дает дветри
К* -ступени угловой скорости, а в интервале между двумя
к 'ступенями осуществляется в диапазоне (3—5): 1 плаЬ-
iHoe регулирование угловой скорости двигателя измене-
К^цием его магнитного потока. Это, в частности, обеспе-
Е 'Пивает возможность поддерживать постоянство скоро-
Вг. сти резания при точении торцевых и конусных
К? поверхностей. При наличии в заданном диапазоне час-
тоты вращения шпинделя участка с постоянством мо-
В'-. мента нагрузки целесообразно применить двухзонное
электрическое регулирование угловой скорости двига-
теля. ЭТО позволяет упростить коробку скоростей (умень-
В шить число ступеней скорости) и повысить использова-
ние двигателя в зоне постоянства момента нагрузки.
Особенностью главного привода карусельных станков
К является большой момент сил трения в начале пуска
К- (до 0,8 Мной) и значительный момент инерции план-
К ' шайбы е деталью, превышающий на высоких механиче-
№ ских скоростях в 8—9 раз момент инерции ротора элек-
К - тродвигателя. Применение в этом случае электроприво-
к да постоянного тока обеспечивает плавный пуск с
К-. постоянным ускорением.
В цехах машиностроительных заводов обычно нет
К' сети постоянного тока, поэтому для питания двигателей
тяжелых станков устанавливают отдельные преобразо-
ВГ. вательные устройства: электромашинные (система
Д: Г—Д) или статические (система ТП—Д).
Бесступенчатое электрическое регулирование скоро-
сти (двухзонное) применяют при автоматизации стан-
ков со сложным циклом работы, что позволяет легко
переналаживать их иа любые скорости резания (напри-
мер, некоторые токарно-револьверные автоматы). Бес-
Ж ' ступенчатое электрическое регулирование скорости
главного привода используется также для некоторых
ж прецизионных токарных станков. Но во всех этих случа-
Ж*'. ях диапазон регулирования скорости при постоянстве
мощности нагрузки не превышает (44-5) : 1, в остальной
ч части диапазона регулирование ведется при постоянст-
ве момента нагрузки. Привод подачи небольших и сред-
них токарных станков чаще всего осуществляется от
239
главного двигателя, что обеспечивает возможность на-
резания резьбы. Для регулирования скорости подачи
применяются, многоступенчатые коробки подач. Пере-
ключение ступеней Производится вручную или- с по-
мощью электромагнитных фрикционных муфт(дистан-
циснно).
В некоторых современных тяжелых токарных и кару*
сёльных станках для приведя подачи используется от-
дельный широкорегулнруемый электропривод постоянно-
го тока. Угловая скорость двигателя изменяется в дна*
пазоне до (100—200).: 1 и более; привод выполняетсяпр
системе ЭМУ—Д/ ПМУ—Д или ТП—Д.
Для вспомогательных приводов токарных .станков
(ускоренное перемещение каретки суппорта, зажима и®-
делия, насоса охлаждающей жидкости и др.) примеша-
ются отдельные короткозамкнутые асинхронные двига-
тели.
7-S. НАСЧЕТ МОЩНОСТИ ДВИГАТЕЛЕЙ ТОКАРНЫХ СТАНКОВ
Основные характеристики режима токарной обра*
ботки. Процесс обработки деталей на токарных станках
происходит при определенных значениях величии, харак-
теризующих режим резания. К. ним относятся (рис. 7-4):
глубина резания Г, подача s (перемещение резца на
один оборот шпинделя), скорость резания и, т. е. линей-
ная скорость, с. которой переметнется снимаемый слой
металле (стружка) относительно резца.
* Назначаемая скорость резания зависит от свойств
обрабатываемого материала, материала резца, вида об*
Рис. 7-4. Схема токарной обработки.
/—деталь; 3 — резец; Л —шпиндель станка; 4 — главное движение; S—дви-
жение подачи.
240 s
(7-1)
)аботкн, условий охлаждения резца и детали. Необходн-
лое-эначение скорости резания,. м/мнн, может быть оп-
) шо по следующей формуле:
рж =---------------------—
Тт txo s*”
! Т-’-стойкость резца (продолжительность работы рез-
адо затупЛения), мин;
С„ — коэффициент, характеризующий свойства обра-
батываемого материала, резца, а также вид токарной
ooj работки (наружное точение, обрезка, нарезание резь-
ба др.);
t—глубина резавия, мм;
s —подача, мм/об; ’
т, Xi,, yv — показатели степени, зависящие от свойств
обрабатываемого материала, резца и вида обработки.
Глубину резания устанавливают, исходя из припус-
ка на обработку. Для черновых (обдирочных) работ
/=34-30 мм, для чистовых работ t=0,14-2 мм. Подача
^выбирается по условиям обеспечения максимальной про-
изводительности и требуемой чистоты обработанной по-
верхности. Для. червовых работ а—0,44-3 мм/об и бо-
Лее, для чистовых работ «=0,14-0,4 мм/об. Скорость
резания при обработке деталей из углеродистой стали
резцами из быстрорежущей стали ц?=304-60 м/мин,
В процессе токарной обработки на резец под неко-
Уторым углом к его режущей кромке воздействует уси-
лие F, обусловленное сопротивлением металла резанию.
Й Это усилие обычно принято разлагать на три составля-
!г..ющие (рис. 7-4):
Fv — радиальное усилие, передаваемое через
резцедержатель, на суппорт станка; F* — о с е в о е уси-
лие, преодолеваемое механизмом подачн; Fz — усилие
резания, преодолеваемое шпинделем стайка.
Усилие резания, Н, может быть подсчитано по фор-
•муле
7
t.
Fz 9,81Cp (7-2)
где С Ft—коэффициент, характеризующий обрабатыва-
емый материал, материал резца и вид токарной обра-
ботки; Xpgt Уря, п — показатели степени, зависящие от
свойств обрабатываемого материала, резца и вида об-
работки.
7 16—612
'а\'.
£41
Значения коэффициентов и показателей степени в
формулах (7-1) и (7-2) находятся из справочника по
режимам резания. Между усилиями Fx> Fv и Ft сущест-
вуют следующие соотношения (установленные опытным
путем)
v F9 =у(0,3-+-0,5) Ft и F* = (0,24-0,3) F,. (7-3)
При известных значениях скорости н усилия резания
можно определить мощность резания, кВт:
\ = £^/60-1000. ; (7-4)
Мощность, затрачиваемая на осуществление подачи
суппорта, кВт, подсчитывается по формуле
Рп^Рпрп/60.1000, (7-6)
где Fn=Fx+(Fz-|-Fv)p — суммарное усилие подачи, не-
обходимое для перемещения суппорта с резцом в на-
правлении подачи, Я; 0,054-0,08— коэффициент тре-
ния в направляющих суппорта; va—скорость подачи,
м/мад.
Следует отметить, что мощность лодачи значительно
меньше мощности резання: ' Рп~ (0,001—0,01)Рг, так
как скорость va во много раз меньше скорости vz.
Важным фактором, определяющим производитель-
ность станка, является машинное или технологи-
ческое время обработки, мин:
. (7-6)
где I — длина обработки (прохода резца), мм; Пщд —
частота вращения шпинделя, об/мии; а —подача, мм/об.
Как следует из (7-6), машинное время можно сокра-
тить, увеличив либо подачу, либо частоту вращения
шпинделя, т.е. скорость резания, ибо гь=лППтпп/1000.
Обработка металла с большими скоростями резания
(до 300—400 м/мин) и соответствующими подачами по-
лучила наименование скоростного точения, ко-
торое возможно при использовании резцов, оснащенных
пластинками из твердых сплавов или металлокерамики.
Определение мдшности двигателей приводов токар- <
пых станков. Мощность иа валу двигателя главного при-
вода в установившемся режиме складывается из мощ-
ности резания, зависящей от усилия и скорости резання,
и мощности потерь в механизмах передач, которая за-
висит'от нагрузки, числа звеньев кинематической цепи .
и частоты вращения привода. При расчетах обычно
ita
ользуются коэффициентом полезного действия станка,
1Й определяется как произведение КПД отдель-
ых звеньев кинематической цепи при работе на данной
эдрости:
Яи = ?11111П8-»1е С7-7)
При увеличении частоты вращения рабочих органов
гйнка потери в передачах увеличиваются, поэтому КПД
гайка ‘уменьшается. Для станков токариой группы
ПД кинематической цепи главного привода при пол-
ой нагрузке в среднем составляет 0,7—0,8. Для цепи
одачи обычно т|=0,14-0,2, так как здесь применяются
амедлякйцие передачи, имеющие низкий КПД. /
Мощность, кВт, на валу главного двигателя в ycta-
Овивщемся -режиме с учетом потерь в передачах оПре-
еляется по формуле
Рдв ~ Рг^Лст’ (7-8)"
где Лет — КПД станка при данной мощности резания.
Токарные станки общего назначения (универсаль-
ные) могут работать в продолжительном режиме с но-
минальной нагрузкой. В этом случае мощность на валу
двигателя,-кВт»
РНОМ = Р»гВОм/Т|ст,ЛОМ> (7’9)
4 ГДе Рг,ном> Цст.нпм — соответственно номинальные мощ-
ность резания и КПД станка.
Из выражения (7-9). можно определить потери в
•• станке при номинальной нагрузке
ДРст.яом = ^в.яом/'Пст.аом — Р»,яом- (7-10)
При нагрузках станка, отличных от номинальной, по-
тери определяются по формуле
ДРст = °Р«.НОМ + bPtt (7-11)
где а и b — коэффициенты постоянных и переменных
-потерь, для практических расчетов
а = 0,6 (а 4- Ь) и b = 0,4 (а + Ь). (7-12)
Суммарное значение коэффициентов а и b можно
подсчитать по выражению
О + Ь = (1 — Т]ст яом)/т]ст.1кш. (7-13)
Если двигатель во время вспомогательных операций
не отключается, то его нагрузка Ро будет равна мощ-
1в* 243
ности потерь холостого хода станка Рею- Для практи-
ческих расчетов потери холостого хода стайка приблизи-
тельно принимаются равными
ДРС1в^0,6ДРст.ко«. ‘ (7-14)
При работе станков, в том числе и токарных, Непро-
должительном режиме с переменной нагрузкой и в по-
вторно-кратковременном режиме расчет мощности дви-
гателя производится, как правило, методом средних
потерь или эквивалентных величин, с использованием на-
грузочных "диаграмм привода. Построение нагрузочной
диаграммы производится с учетом конкретных техноло-
гических условий работы того или иного станка при из-
готовлении наиболее часто обрабатываемых на нем де-
талей наибольших размеров [17].
7-4. ЭЛЕКТРОПРИВОД И СХЕМА УПРАВЛЕНИЯ ТОКАРНО-*
ВИНТОРЕЗНОГО СТАНКА
Главный привод и привод подачи большинства ма-
лых и средних токарных станков осуществляют от одно-
скоростного асинхронного двигателя в сочетании е ко-
робками скоростей и подач. На некоторых станках при-
меняют двигатель постоянного тока, который в
сочетании с коробкой скоростей осуществляет электро-
механическое регулирование скорости.
В механических цехах машиностроительных заводов '
нашли широкое применение токарно-винторезные стан-
ки модели 1К62, которые используются в условиях ин-
дивидуального к мелкосерийного производства. Станок
модели 1К62, общий вид которого показан иа рис. 7-1,
имеет следующие технические данные: 1) наибольший
диаметр изделия, установленного над станиной, 400 мм;
2) наибольший диаметр обрабатываемого прутка 45 мм;
3) расстояние между центрами 1000 мм; 4) число сту-
пеней частоты вращения шпинделя 23 (от 12,5 до
2000 об/мин).
..Привод шпинделя и рабочей подачи суппорта осуще-
ствлен от асинхронного короткозамкнутого двигателя
Мощностью 10 кВт при 145 рад/с. Регулирование угло-
вой скорости шпинделя производится переключением
(цест|рен коробки скоростей с помощью рукояток, изме-
нение* продольной и поперечной подач суппорта—пере-
ключением шестерен коробки подач также посредством
М4
Соответствующих рукояток. Для быстрых перемещений
суппорта служит отдельный асинхронный двигатель
мощностью 1,0 кВт при 141 рад/с. Включение и выклю-
чение шпинделя станка, а также его реверсирование
ПРОИЗВОДИТСЯ' с помощью многодисковой фрикционной
муфты, которая управляется двумя рукоятками. Вклю-
"ЗВОВ
у Рис. 7-5. Электрическая схема токарио-винтореэиого станка модели
h 1К62.
Р-
В?, чение механической подачи суппорта в любом направле-
I нии производится одной рукояткой.
На рис. 7-5 представлена электрическая схема стан-
ка 1К62. Кроме главного двигателя Д1 н двигателя бы-
стрых ходов Д4 на схеме показаны: двигатель насоса
охлаждения Д2 и двигатель гидроагрегата ДЗ, присое-
диняемый через электрический разъединитель (штеп-
рК сальный разъем) ШР в случае применения на станке
-гидрокопировального устройства.
р; . Напряжение на станок подается включением пакет*
р' ного выключателя ВП1. Цепи управления получают пи-
г такие через разделительный трансформатор Тр с вто*
ричным напряжением ПО В, что повышает надежность
работы аппаратов управления, Такое питание цепей уп-
245
равления характерно вообще для большинства электро-
схем металлорежущих станков.
Пуск двигателя Д1 производится нажатием кнопки
КнП, при этом включается контактор КГ и главными
контактами присоединяет статор двигателя к сети, а
вспомогательным контактом шунтирует пусковую кноп-
ку. Одновременно пускаются двигатели иасоса охлажде-
ния (если включен пакетный выключатель ВП2) и гид-
роагрегата. Включение шпинделя производится поворо-
том вверх рукоятки управления фрикционной муфтой.
При повороте этой рукоятки в среднее положение шпин-
дель станка отключается; одновременно нажимается jiy-
тевой переключатель ВП и включается пневматическое
реле времени РВ. Если пауза в работе превышает 3—
8 мин, то контакт реле РВ размыкается и контактор
КГ теряет питание. Главный двигатель отключается от
сети и останавливается, что ограничивает его работу
вхолостую с низким значением cos <р и уменьшает поте-
ри энергии. Если пауза мала, то реле РВ не успевает
сработать и отключение двигателя шпинделя не про-
изойдет.
Для управления быстрым перемещением суппорта
служит рукоятка на фартуке станка. При повороте этой
рукоятки она нажимает на переключатель ВБХ, его
контакт замыкает цепь катушки контактора КБХ, ко-
торый включает двигатель Д4. Возврат рукоятки в сред-
нее положение приводит к отключению двигателя Д4.
Станок имеет местное освещение. Питание лампы
ЛМО производится напряжением 36 В от отдельной
обмотки трансформатора Тр. В ^епи лампы находятся
предохранитель Пр4 и выключатель ВО. Иногда один
из вйводов обмотки трансформатора низкого напряже-
ния Тр присоединяют к газовой трубе, в которой проло-
жен второй провод, питающий лампу. В качестве одного
из проводов вторичной цепи местного освещения при
напряжениях 12 и 36 В обычно используют станину
станка.
Схемой управления предусмотрены: защита двига*
телей Д1—ДЗ от длительных перегрузок тепловыми ре-
ле РТГ„ РТО и РТГП-, от к.з. соответствующими плав-
кими предохранителями. При кратковременных пере-
грузках, возникающих на шпинделе, происходит
проскальзывание фрикционной муфты и приводной дви-
гатель отсоединяется от входного вала коробки ‘скоро-
ft станка. Для быстрой остановки йшинделя станка
гжит установленный в передней бабке механический
•моз.
1-1. АВТОМАТИЗИРОВАННЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД ТОКАРНО-
РЕВОЛЬВЕРНЫХ СТАНКОВ \
На современных токарных, токарно-винторезных и
револьверных станках широко применяется автоматиза-
ция вспомогательных движений, а также Дистанцион-
ное управление механизмами станка. Особенностью то -
дарно-револьверных станков является автоматическое
переключение скорости шпинделя и подачи без останов*
"ни станка, которое производится с помощью электромаг-
нитных Муфт, встроенных в коробку скоростей и короб-
ку подач.
В качестве примера рассмотрим электропривод то-
карно-револьверного станка модели 1П365 (см. рис.
7-2), предназначенного для обработки в патроне чугун-
ных или стальных деталей диаметром до 500 мм, изго-
товление которых требует выполнения ряда последова-
тельных операций: Точения, сверления, растачивания,
нарезания резьб идр.Заготовка закрепляется всамоцен-
трирующем патроне, а необходимый для обработки ком-
плект инструментов устанавливается в револьверной го-
ловке с вертикальной осью поворота.
• Электрическая схема управления станком приведе-
на на рис. 7-6. Привод шпинделя осуществлен от асин-
хронного двигателя Д/ мощностью 14 кВт прн 145 рад/с;
двигатель Д2 мощностью 1,7 кВт при 142 рад/с при-
водит во вращение наёос- гидросистемы, а также исполь-
зуется дДя получения быстрого продольного перемеще-
ния двух суппортов станка; насос охлаждения вращает-
ся двигателем ДЗ мощностью 0,125 кВт при 280 рад/с.
Угловая скорость шпинделя регулируется ступенча-
то от 3,4 до 150 рад/с. Передвижение блоков шестерен
в коробке скоростей производится гидроцилиндрами.
В коробке скоростей находится также фрикцион, состо-
ящий из двух муфт: одной — для включения прямого
(правого) вращения шпинделя, другой—для обратного
(левого) вращения. Включение этих муфт осуществля-
ется гидроцилиндром, золотник которого соответственно
переводится при помощи электромагнитов Эм1 и Эм2.
Муфты соединяют вал электродвигателя Ml с коробкой
243
скоростей. Для быстрой остановки шпинделя в коробке
скоростей предусмотрен гидравлический тормоз, управ-
ление которым осуществляется через специальный гид-
розолотник с тГомощью электромагнита ЭмЗ.
Подача суппортов осуществляется от главного при-
вода. Скорость подач регулируется механически пере-
, кн„8лввоп
Рис. 74». Электрическая схема токарно-револьверного станка модели
1И365.
№ ----------------------------------------------
движением блоковшестерен в коробке подач при помощи
I гидррцилиндров. Установка нужных скоростей шлин-
дедя и подач производится посредством рукояток гидро-
не 1ключателей, находящихся на фартуках суппортов и
воз ейств) тих иа золотники соответствующих гидро*
в Все органы управления электроприводами стайка на-
ходятся ва пульте, помещенном на передней стейке ко-
робки скоростей. Напряжение на схему управления пода-
ется вводным выключателем ВВ. Лампа местного осве-
щения ЛО включается выключателем ВО. Включение
электродвигателей Д1 и Д2 производится кнопкой КкП,
отключение— кнопкой КнС1. Включение и отключение
двигателя JfiB насоса охлаждения производится пакет-
ным включателем ВН. В Процессе разгона двигателя Д1
при угловой скорости (0,2-г-0,3)иВОм замыкается контакт
реле контроля скорости РКС, подготавливающий к вклю-
чению цепь быстрой остановки шпинделя, необходимой
_ри переключении шестерен во время работы станка.
Для получения правого вращения шпинделя следует
ажать кнопку Кн «Вправо». Прн этом срабатывает реле
'П4 н замыкает свои контакты, блокируя замыкающий
онтакт.кнопки*, включая реле РПЗ и подготавливая к
КлючеииЮ электромагнит Эм1. Контакт реле РП4 вклю-
ает также зеленую лампочку ЛС2. После отпускания
нопки «Вправо» включаётся электромагнит Эч1 и
шиндель станка разгоняется до установленной угловой
корости. Если шпиндель из неподвижного положения
еобходимо пустить в сторону левого вращения, то на-
нимается кнопка Км «Влево», при этом включается реле
*П5, а после отпускания кнопки — электромагнит -Эч2.
орит зеленая лампочка ЛС2. При обоих направлениях
ращения шпинделя реле РПЗ подготовляет к включе-
ию электромагнит ЭмЗ, управляющий гидротормозом
шинделя.
Для изменения угловой скорости шпинделя или ско-
ости подачи суппорта при работе станка (подключен к
ети двигатель Д1 шпинделя и включен фрикцион) сна-
ала устанавливается специальными гидропереключате-
яМи нужное значение скорости или подачи (предвари-
ельныя выбор скорости или подачи), а затем нажимается
нопка Кн «Пврекл». При этом включается и стано-
втся иа еамопитаЯие реле РП2, гаснет зеленая лампоч-
а Л€2 к загорается красная лампочка ЛСк Включается
24В
реле времени РВ. Отключается электромагнит Эм1 (при
левом вращении— Эм2), и включается электромагнит
ЭмЗ. Происходит выключение фрикциона и быстрая
остановке шнинделя’гидротормозом, после чего ги^роци-
лицдры переключают шестерни в коробке скоростей или
коробке подач (при- этом все валы и шестерни получают
медленное вращение от специального гидромеханизма
медленного проворота). К моменту завершения переклю- '
ченнй размыкается контакт реле времени РВ, отключает-
ся реле РП2, электромагнит ЭмЗ и вновь включается
электромагнит Эч1 или Эм2, что вызывает разгон и вра-
щение шпинделя в прежнюю сторону, но с другой ско-
ростью (или при другой подаче). Вновь загорается лам-
почка ЛС2.
Если переключение скоростей или подач производят-
ся при отключенном двигателе Д1 (отключен КЛ) либо
когда двигатель еще не успел разогнаться (реле РДС не
сработало), то при нажатии Кн сЦерекл.» электромагнит
ЭмЗ тормоза и реле РВ не включаются (РПЗ не сработа-
ла. или отключено напряжение питания электромагни-
тов), поскольку в данном случае торможение шпинделя
не требуется.
Чтобы переключить скорость при выключенном фрик-
ционе (когда шпиндель не вращается, но двигатель Д/
остается включенным), следует установить гидропере-
ключатели предварительного набора скоростей и подач
в нужное положение и затем одновременно нажать кноп-
ки Кн «Перекл.» и Кн «Вправо» (или Кн «Влево»), раз-
мыкающие цепь питания электромагнитов, и удерживать
их (кнопки) в течение 2—3 с, пока не закончится пере-
ключение шестерен. Нажимать кнопки . «Вправо» или
«Влево» при таких переключениях необходимо для то-
го, чтобы предотвратить включение электромагнита ЭмЗ
через замкнутые контакты реле РП2 н РПЗ.
Для реверса Шпинделя нажимается кнопка противо-
положного направления. Остановка шпинделя произво-
дится кнопкой КнС2, при этом электродвигатели Д1 и Д2 .
не отключаются.
7-*. ЭЛЕКТРОПРИВОД И СХЕМА УПРАВЛЕНИЯ ТЯЖЕЛОГО ’
ТОКАРНО-КАРУСЕЛЬНОГО СТАНКА
Некоторые особенности главного привода тяжелых
карусельных станков были отмечены в § 7-2. Прн выборе
мощности ц способа регулирования угловой скорости
260
главного двигателя-следует учитывать, что в таких стан-
ках мощность, потребляемая механизмом планшайбы,
Не остается постоянной на всем диапазоне, как это имеет
вместо в токарных станках, и поэтому нет Необходимости
Рис. 7-7. Графики нагрузки главного привода тяжелого карусельного
станка.
регулировать угловую скорость двигателя только ослаб»
лением магнитного потока. Двигатель главного йрввода
покрывает мощность, затрачиваемую на резание и на пре-
одоление потерь трения в направляющих планшайбы я
передачах коробки скоростей. На рис. 7-7, а показаны
графики изменения мощности резания Рг, мощности по-
терь ДРСТ и суммарной мощности на валу двигателя Рд»
при изменении частоты вращения планшайбы на трехме-
ханических ступенях коробки скоростей. Учитывая, что
привод может работать в продолжительном режиме с
максимальной мощностью, номинальная мощность дви-
гателя Рном должна быть выбрана по -наибольшему зна-
чению суммарной мощности, равной Рдв.тах—150 кВт.
Угловая скорость двигателя будет регулироваться ос-
лаблением магнитного потока в диапазоне 300—
1200 об/мин иа каждой механической ступени. Изгра-
фиков видно, что двигатель не полностью загружен, осо-
бенно на ступенях I и II.
Загрузка главного двигателя может быть повышена,
если заменить трехступенчатое механическое регулирова-
ние двухступенчатым с применением двухзонного элек-
трического регулирования на каждой ступени — измене-
нием напряжения ц ослаблением потока двигателя. На
рйс. 7-7, б показан график допустимой мощности двига-
теля/’двдоп при двухступенчатом механическом регули-
ровании: на ступени I общий диапазон электрического
регулирования £)вл=16:1, причем Du«=8i 1 и Ьф==2:1;
на механической ступени II для обеспечения необходимой
мощности резания регулирование напряжением произво-
дится в диапазоне 4/3«1, а ослаблением потока — 3:1«
Таким образом, общий диапазон электрического регули-
рования частоты вращения двигателя на ступени II со-
ставляет 4:1. Такой способ регулирования приводит к
| 1 упрощению кинематической цепи главного привода, к
более полной его загрузке и к снижению габаритных раз-
меров двигателя, так как уменьшается диапазон регули-
рования ослаблением потока н двигатель может быть
выбран на более высокую номинальную частоту враще-
I ния [17].
В тяжелых карусельных станках, используемых в
настоящее время различными промышленными предприя-
тиями, для главного привода и приводов подач применя-
ются двигатели постоянного тока, управляемые по систе-
ме Г—Д с ЭМУ в качестве возбудителя — для главных
1 приводов, и по системе ЭМУ—Д — для приводов подачи.
Более перспективной является система ТП—Д, которая
внедряется на выпускаемых нашей промышленностью
станках взамен системы Г—Д. Разработана серия элек-
троприводов постоянного тока с двухзониым регулировав
I кием и тиристорными преобразователями для питания
282
оря и обмотки возбуждения двигателей тяжелых на*
седьмых станков. — •
В качестве примера рассмотрим электропривод кару-
лыюго станка модели 1565, предназначенного для об-
ботки деталей диаметром до 5000 мм. Планшайба етан-
i получает вращение от двигателя постоянного тока
КВТ, 77вом = 440 В, ПНОм —500 об^МИИ, tlmaxs^
= 150Q об/мин) через клиноременную передачу, двух-
упенчатую коробку скоростей с ручным переключением
„ естерен и коническую передачу.
Регулирование частоты вращения планшайбы произ-
водится в пределах от 0.4 до 20,7 об/мин. Угловая
Скорость двигателя может регулироваться изменением на-
пряжения на якоре в диапазоне Du*=5,7 и током воз-
буждения в диапазоне £>ф=3. Привод подачи суппор-
тов— от главного двигателя Перез коробку* подач — обе-
спечивает 12 подач в пределах от 0,2 до 16 мм/об.
На рис. 7-8, а представлена упрощенная электриче-
ская схема главного привода карусельного станка по
системе ТП—Д с двухзонным регулированием скорости.
Якорь двигателя Д питается от нереверсивного тиристор-
ного преобразователя ТП1, собранного по трехфазной
Мостовой схеме и подключенного к питающей сети через
токоограничивающие реакторы ТОР. Реакторы выполне-
ны без стали и имеют постоянную индуктивность, кото-
рая выбирается такой, чтобы ограничить ток к. з. до
fe 7-5-8/ном- Обмотка возбуждения двигателя ОВД питает-
* ся от маломощного реверсивного тиристорного преобра-
f эователя ТП2, подключаемого к сети ~380 В через тран-
сформатор Тр2. Управление ТП2 осуществляется по за-
висимому принципу сигналом, пропорциональным напря-
жению на якоре двигателя, подаваемым датчиком
напряжения ДН через резистор R2 и стабилитрон СтЗ.
При угловой скорости двигателя ниже номинальной
напряжение обратной связи на выводе ДН оказывается
меньше напряжения пробоя стабилитрона СтЗ и сигнал
[ управления не проходит на ТП2. При этом напряжение
на его выходе обеспечивает номинальный ток возбужде-
' ния двигателя Д. Начальное (номинальное) значение
тока возбуждения /в задайся регулятором РТВ, Зада-
5- ние угловой скорости двигателя в обеих зонах осущест-
вляется регулятором РСГ, выполненным на базе ползун-
кового потенциометра 77773. Рукоятка регулятора имеет
i лимб со шкалой, по которой устанавливается требуемая
? 253
Ряс. 7.-8. Электрическая схема главного привода карусельного станка.
J—О+-
угловая скорость двигателя. Питание РСГ осуществля-
ется стабилизированным напряжением, получаемый ? от
выпрямителя Вп1. При установке ползунка РСГ в поло-
жение, соответствующее максимальной угловой скорости
двигателя пуск привода до в)ЯОМ происходит при но-
минальном потоке. При напряжении на якоре, близком к
Сяты, Н9Д действием сигнала на выходе ДН стабили-
трон СтЗ пробивается и при дальнейшем повышении на-
пряжении UK выходное напряжение преобразователя ТП2
снижается, происходит уменьшение тока возбуждения ZB,
а угловая скорость двигателя а устанавливается на за-
данном уровне.
Важным преимуществом зависимого способа управ-
ления является наличие одного общего задатчика угло-
вой скорости двигателя при ее регулировании во всем
диапазоне. Это имеет особое значение при изменениях
задающего сигнала, управляющего угловой скоростью
? двигателя, в зависимости от каких-либо внешних пара-
метров (например, от. диаметра обрабатываемой детали)
и в случае программного управления станком.
Тиристорный влектропривод станка представляет со-
бой замкнутую систему автоматической стабилизации
скорости с отрицательной обратной связью по <в, реали-
зуемой посредством тахогенератора ТГ и воздействую-
щей на преобразователь ТП1. Для повышения жестко-
сти механических характеристик двигателя в системе
электропривода применен промежуточный транзистор-
ный усилитель постоянного тока УПТ, на вход которого
подается сигнал управления Со,а а на выход-
ной каскад— сигнал отрицательной обратной связи по
току с отсечкой, обеспечивающей ограничение тока яко-
ря двигателя в установившихся и переходных режимах
ДО /я,тах= (24-2,5)/я,ном- Сигнал формируется блоком
токовой отсечки (БТО), который включает в себя датчик
тока ДТ, состоящий из трансформаторов Тр4—Трб, вы-
прямителя Вп2, нагрузочного резистора /?/, стабилитро-
на Ст2 и усилителя на транзисторе ПТ. Первичные об-
мотки Тр4—Тр6 подключены К обмоткам ТОР, падение
- напряжения на которых пропорционально току в них и
соответственно току якоря двигателя (для трехфазной
мостовой схемы выпрямления Z2e=x0,817/d). При токах
двигателя 7в>/0т0 сигнал на выходе ДТ (резистор R1)
превышает порог стабилизации Ст2, и сигнал обратной
связи проходит на УПТ и ТП1, устанавливая такое зна-
?56
чеиие напряжения на якоре двигателя 1/я, которое обес-
печивает ограничение тока /» на нужном уровне. Пита-
ние УПТ и транзистора ПТ в БТО осуществляется от
блока питания БП (рис. 7-8,6), который используется
также для питания цепей управления ТП1 и 7*772.
Схема управления главным электроприводом кару-
сельного станка выполнена на релейно-контактной аппа-
ратуре (рйс. 7-8,6 и в), питание которой осуществляется
от трехфазного выпрямителя ВпЗ, подсоединенного к се-
ти через трансформатор ТрЗ. Пуск и нормальная работа
двигателя возможны, если: 1) произошло полное зацеп-
ление шестерен в коробке скоростей (замкнуты контак-
ты конечных выключателей ВК1 и ВК2); 2) нормально
работает система смазки отдельных элементов станка
(замкнуты контакты манометра ЭКМ и реле давления
масла РД (включено реле контроля смазки РКС)\
3) зажата поперечина н отключен электропривод подъе-
ма поперечины (замкнуты контакты ВКЗ и ЯЛ'4);4) име-
ется напряжение на электроприводах подач и вспомога-
тельных механизмов (сработал контактор К1)‘, 5) срабо-
тала блокировка, запрещающая работу главного привода
станка при исчезновении напряжения питания электро-
магнитных муфт правого суппорта (реле РЮ—Р12, пи-'
таются вместе с муфтами от одного источника напряже-
ния — рис. 7-8, в).
Перед пуском двигателя нажатием кнопки Кн2 вклю-
чается контактор К1, который подключает схему управ-
ления главного привода, схемы двигателей подач и дру-
гих механизмов. Затем нажатием кнопки Кн4 включается
контактор К2, который подключает тиристорные пре-
образователи ТП1 и ТП2 к напряжению сети (рис.
7-8,а). Для пуска двигателя Д необходимо нажать одну
из кнопок Кнб (Планшайба вправо) или Кн7 (Планшай-
ба влево) в зависимости от выбранного направления
вращения планшайбы. Например, при нажатии Кнб
включается реле Р5, которое своими контактами 34-35 и
26-38 включает реле Pl, РЗ и контактом 42-58 подготав-
ливает цель реле Р8. Реле Р1 подаст сигнал управления
в ТП2, обеспечивающий требуемую полярность возбуж-
дения двигателя, при которой планшайба вращается
вправо. Реле РЗ своими контактами 20-21 и 22-23 под-
ключает якорь тахогенератора ТГ, обеспечивая требуе-
мую полярность напряжения обратной связи по скорости,
соответствующую вращению планшайбы вправо. После
17—612
257
установления-номинального тока в ОВД, и включения ре-
ле РНТ (контакт 61-62) включается реле Р8, которое
контактами 1-2 и 7-8 подключает регулятор скорости
РСГ к источнику задающего напряжения. Одновременно
прн включении реле Р1 и РНТ (контакты 132-79 и 79-80)
включается реле Р12 (рис. 7-8,в), которое контактом
10-11 подает напряжение управления (/у, равное раз-
ности напряжений задающего 1/8 и обратной связи по
скорости Uo.c—kc<A, на вход УПТ по цепочкам: 1—2—3—
4—23—22—21—20—16 и 8—7—10—11. Преобразователь
ТП1 открывается, и начинается разгон двигателя до ско-
рости, определяемой установкой РСГ, с ограничением
тока якоря двигателя до /отс«2/я.иом за счет действия
токовой отсечки.
В карусельных станках, особенно тяжелых, при
большой массе заготовки для сокращения времени оста-
новки планшайбы необходимо иметь интенсивное элек-
трическое торможение привода. В однокомплектной схе-
ме ТТН, питающего якорь, торможение двигателя можно
получить, если с помощью реверсивного ТП2, питающе-
го ОВД, изменить направление ЭДС якоря Ея на обрат-
ное по отношению к зажимам ТП1. При этом одновре-
менно следует изменить полярность напряжения Ud пу-
тем увеличения угла управления тиристорами а >90°
преобразователя ТП1. В двигательном режиме Ея дей-
ствует встречно Ud,*, в режиме генераторного торможе-
ния Ufa действует встречно Ея (см. направление стрелок
в цепи якоря Д на рис. 7-8, а).
Остановка двигателя производится нажатием кнопки
Кн5 (Планшайба стоп). При этом отключаются реле Р5
и Р8, отключая контактами 1-2 и 7-8 регулятор скорости
РСГ от источника задающего напряжения. За счет ЭДС
тахогенератора меняется полярность напряжения управ-
ления, включается поляризованное реле РП1 и контак-
том 132-78 включает реле РП, которое контактами
10-20 и 7-16 восстанавливает прежнюю полярность сиг-
нала управления на входе УПТ, контактом 26-34 от-
ключает реле Р1, а контактом 26-36 включает Р2, что
вызывает изменение полярности сигнала на входе ТП2 и,
следовательно, тока в обмотке возбуждения двигателя
ОВД. Происходит эффективное торможение двигателя,
который переводится в генераторный режим, а преобра-
зователь ТП1 работает инвертором, преобразуя постоян-
ное напряжение, вырабатываемое двигателем Д, в пере-
258
мен ное напряжение. Поток мощности, изменив направле-
I ние» проходит от якоря двигателя через преобразователь
777/ и реакторы ТОР в сеть переменного напряжения.
К- В конце торможения, когда угловая скорость двнга-
! теля будет близка к нулю, отключаются реле РП1, РП,
Р2, РНТ и схема приходит в исходное состояние. Остано-
вить двигатель также можно нажатием кнопок Кя/
Г (Сеть отключить), КнЗ (Преобразователь отключить)
' или одной из кнопок Аварийный стоп, расположенных на
стационарном пульте управления Кн9, на подвесном
Пульте К.Н10 и на пультах управления суппортами: лево-
г «о Кн11, правого Кн12 и бокового Кн13. Кнопки Аварий-
L ный стоп отключают реле аварийного стопа РАС, кото-
рое контактом 42-70 отключает реле времени остановки
РВО и контактом 27-28 контактор К/, отключающий ре-
[ Ле Р5 и Р8. Происходит торможение двигателя, в конце
которого реле РВО контактом 32-33 отключает контак-
тор К2, который отключает от сети тиристорные преоб-
г разователи ТП1 и ТП2
В схеме предусмотрено наладочное включение двига-
теля планшайбы, для чего переключатель ПУ ставится в
положение Наладка и включается реле Р7, которое от-
( крывает контакт 52-53 и обеспечивает толчковое включе-
вие двигателя при нажатии кнопки Кнб (Планшайба
: вправо) или Кн7 (Планшайба влево) в зависимости от
требуемого направления вращения планшайбы, а кон-
I тактом 4-23 отключает регулятор скорости РСГ. При
। этом задающее напряжение снимается с резистора R9
В. через контакт 3-23 реле РГ, и происходит пуск двигателя
до угловой скорости 10 рад/с. При отпускании кнопки
Кнб (Кн7) двигатель останавливается.
В схеме имеется световая сигнализация (рис. 7-8,г),
I осуществляющая контроль наличия напряжения иа ти-
ристорных преобразователях (лампа ЛС1), наличия
смазки коробки скоростей и основания планшайбы
Г (ЛС2), полного зацепления шестерен в коробке скоро-
стей (ЛСЗ). Предусмотрена также звуковая сигнализа-
& ция (ЗС), включаемая при недостаточном поступлении
масла в магистраль смазки во время работы главного
R привода.
17*
259
- 7-7. КОПИРОВАНИЯ НА ТОКАРНЫХ
СТАНКАХ
При обработке тел вращения сложной формы — ко-
нусных, ступенчатых или с криволинейными образующи-
ми— на токарных станках широко применяется прин-
цип копирования. Его сущность заключается в том,
что требуемый профиль изделия воспроизводится по
специально подготовленному шаблону (копиру) или по
ранее обработанной детали. В процессе копирования по
контуру шаблона движется копировальный палец, имею-
щий ту же форму, что и резец. Перемещения копиро-
вального пальца автоматически через систему управле-
ния передаются суппорту с резцом таким образом, что-
бы траектория движения резца повторяла траекторию
движения копировального пальца. Обработка деталей
На копировальных станках позволяет значительно повы-
сить воспроизводимость (повторяемость) деталей по
форме и размерам н производительность .труда по срав-
нению с обработкой на универсальных станках с ручным
управлением, так как отпадают затраты времени на по-
вороты резцедержателя, подводы и отводы резца иа
измерения и т. п.
По принципу действия токарные копировальные
станки разделяются на три основных вида: 1) с непосред-
ственным механическим управлением; 2) с гидравличе-
ским следящим управлением; 3) с электрическим следя-
щим управлением.
Широкое применение на токарных станках получили
копировальные системы с электрическим следя-
щим управлением. На рис. 7-9 приведена упро-
щенная принципиальная схема такой системы (релейно-
го действия) для токарного станка, в фартуке которого
установлены электромагнитные фрикционные муфты
ЭмП, ЭчЛ, ЭмВ, ЭмИ, обеспечивающие соответственно
подачи суппорта Вправо, Влево, Вперед И Назад. Управ-
ление муфтами производится контактным копиро-
вально-измерительным прибором КИП,
устройство которого схематически показано на рис.
7-9, а, а электрическая схема — на рис. 7-9, б.
В Положении, когда копировальный палец КП не ка-
сается контура шаблона, замкнуты контакты КИП! и
КИПЗ и контакт реле РА. Включено реле РП1, поэтому
получает питание катушка муфты ЭмВ, и осуществляет-
260
ся следящая подача sc Вперед суппорта и жестко связан-
ного с ним КИП. Включена и муфта ЭмЛ, которая пере-
дает суппорту движение ведущей подачи sB Влево. Ког-
ia палец КП подойдет к контуру шаблона и нажмет на
мго> контакт КИП! разомкнется, отключатся реле РП1
। муфта ЭнВ, подача вперед прекратится. Но ведущая
• подача продолжится, поэтому давление на палец умень-
шится, вновь замкнется контакт КИП!, включится следя-
щая подача Вперед и т.д. При изменении направления
наклона контура давление на копировальный палец воз-
растет и замкнется контакт КИП2, что приведет к
включению реле РП2, муфты ЭмН и следящей подачи
Назад. Движение по этому участку контура осуществля-
ется, таким образом, путем сочетания непрерывной ве-
дущей подачи Влево и прерывистой следящей подачи
Назад.
261
В случае чрезмерного нажатия на копировальный
палец размыкается аварийный контакт КИПЗ*. отключа-
ется реле РА и движение суппорта прекращается. Если
переключатель П перевести в нижнее положение, то
вместо ведущей подачи Влево будет происходить подача
Вправо. Электрокопировальные системы рассмотренного
типа применяются, например, в универсальных токарно-
винторезных станках модели 1К620, а также в некото-
рых карусельных станках.
В электрокопировальных системах усилия, возни-
кающие при соприкосновении копировального пальца
КП с шаблонами, невелики, благодаря чему шаблоны
могут, изготовляться из мягких, легкообрабатываемых
материалов (гипс, дерево, пластмасса, алюминий).
Обработка деталей по методу копирования произво-
дится, ]сроме токарных станков, иа расточных, строгаль-
ных, шлифовальных станках и особенно распространена
на фрезерных станках.
Г лава восьмая
ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ СВЕРЛИЛЬНЫХ
И РАСТОЧНЫХ СТАНКОВ
8-1. НАЗНАЧЕНИЕ И УСТРОЙСТВО СВЕРЛИЛЬНЫХ
И РАСТОЧНЫХ СТАНКОВ
Сверлильные станки служат для получения сквозных
и глухих отверстий в деталях с помощью сверл, для раз-
вертывания и чистовой обработки отверстий, предвари-
тельно полученных литьем или штамповкой, и для
выполнения других операций. В сверлильных станках
главное движение и движение подачи сообщаются ин-
струменту. К станкам общего назначения относятся вер-
тикально-сверлильные и радиально-сверлильные станки.
На рис. 8-1 показан общий вид радиально-сверлиль-
ного станка. Станок состоит из фундаментной плиты
1 с установленной на ней неподвижной колонной, на ко-
торую надета «пустотелая гильза 2. Гильза может повер-
тываться вокруг колонны на 360°. На гильзу надет го-
ризонтальный рукав (траверса) 4, который можно под-
нимать и опускать вдоль колонны с помощью вертикаль-
ного винта механизма перемещения 3. Закрепление
282
KF \ — — — — — — —
пмьэы с рукавом на колонне (зажим колонны) произ-
водится разрезным кольцом, которое ' стягивается по-
средством дифференциального винта, вращаемого вруч-
ную или отдельным электродвигателем. По горизонталь-
ным направляющим рукава может перемещаться в
радиальном направлении шпиндельная бабка (сверлиль-
Ке ная головка) 5. Обрабатываемая деталь устанавлива-
емся на столе 8. От главного электродвигателя 6 сооб-
щается вращение шпинделю 7 и производится подача
инструмента (сверла).
В электромашиностроении на сверлильных станках
производят сверление отверстий в торцах станИн элек-
трических машин, в подшипниковых щитах, лапах и др.
Расточные станки применяются главным образом для
263
обработки крупных деталей различными инструментами,
при этом можно выполнять разнообразные работы: рас-
тачивание цилиндрических и конических поверхностей
резцами на борштанге, сверление отверстий сверлами,
цилиндрическое я торцевое фрезерование; нарезание на*
ружной и внутренней резьбы; обтачивание цилиндричес-
ких поверхностей и торцов. Особенностью расточных
станков является возможность с одной установки дета-
ли обрабатывать в ней различные отверстия со взаим-
но параллельными и перпендикулярными осями.
.1^
Рис. 8-2. Общий вид горизонтально-расточного станка.
На рис. 8-2 показан общий вид горизонтально-рас-
точного станка общего назначения. Станок состоит из
нескольких основных узлов. На его станине 3 справа за-
креплена передняя неподвижная стойка 5. По верти-
кальным направляющим стойки перемещается шпин-
дельная бабка 6 с коробкой скоростей и коробкой подач.
С левой стороны станины установлена задняя стойка 1,
которую можно перемещать по направляющим станины.
На задней стойке имеется люнет 2 с опорным, подшип-
ником для поддержки борштанги н обеспечения ей не-
обходимой жесткости в процессе резания. Между стой-
ками на направляющих станины расположен поворот-
ный стол 4, который может совершать движения подачн
в продольном и поперечном направлениях.
Главным движением станка является вращение рас-
точного шпинделя 7 или планшайбы 9, которое осуще-
264
i ствлявтся от электродвигателя, установленного в верх-
I ней -части шпиндельной бабки. Движение подачи сооб-
щается инструменту (осевое перемещение шпинделя или
к вертикальное перемещение шпиндельной бабки по на-
правляющим стойки), либо обрабатываемой заготовке,
располагаемой на столе.
Е? Обрабатываемая заготовка закрепляется на столе
стайка. Режущие инструменты устанавливаются в шпин-
деле или в радиальном суппорте 8 планшайбы. При рас-
точке коротких отверстий подача сообщается шпинделю.
При обработке длинных и соосных отверстий с исполь-
зованием борштанги подача сообщается столу в про-
I дольном направлении.
В электромашиностроении на расточных станках
|- производят обработку внутренней цилиндрической по-
ьерхности корпусов электрических машин.
Координатно-расточные станки применяются для об-
К-работки отверстий с высокой точностью (в пределах
0,005—0,0Г мм) без предварительной разметки поверх-
Кности детали и без применения кондуктора. Установка
I координат" центров отверстий по двум осям прямоуголь-
Е ной системы координат производится путем перемеще-
Р ния стола с изделием в одностоечных станках или шпин-
Е дельной бабки с инструментов в двухстоечиых станках.
* Для измерения установочных перемещений подвижных
ft. узлов станка применяют зеркальные линейки или вали-
ll. кн. На координатно-расточных станках можно произво-
к дить сверление, разметку, а также всевозможные рас-
f; точные работы и фрезерование торцевыми фрезами.
В-2. ОСОБЕННОСТИ И ТИПЫ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ СВЕРЛИЛЬНЫХ
И РАСТОЧНЫХ СТАНКОВ
К электроприводам сверлильных станков предъявля-
ются следующие требования: 1) если на станке произ-
водится нарезание резьбы, то привод шпйнделя должен
быть реверсивным; 2) схема управления должна огра-
ничивать перемещение траверсы; 3) должна быть преду-
смотрена блокировка, не допускающая включения дви-
гателя перемещения траверсы, когда она зажата; 4) ие
допускается работа станка с незажатой колонной.
Диапазон регулирования скорости главного движения
составляет (2—10) : 1 для вертикально-сверлильных,
(20—70): 1 для радиально-сверлильиых и (100—120): 1
265
для расточных станков прн приблизительно постоянной
мощности во всем диапазоне»
Главный привод сверлильных станков осуществляет*
ся от асинхронных короткозамкнутых двигателей. Регу-
лирование частоты вращения шпинделя производится
переключением шестерен коробки скоростей. Для умень-
шения числа промежуточных передач в отдельных слу-
чаях можно применять многоскоростные асинхронные
двигатели. Для нривода перемещения рукава (травер-
сы) и зажина колонны применяют отдельные асинхрон-
ные электродвигатели.
Требования к главному приводу расточных и коор-
динатно-расточных станков совпадают в основном с рас-
смотренными ранее для станков токарной грунпы, но
следует учитывать особенности расточных станков:
1) при обработке деталей происходит выдвижение рас-
точного шпинделя, изменяется жесткость системы ста-
вок— инструмент — деталь, что делает целесо-
образным изменение иа ходу станка скорости резания и
подачи; 2)* для получения высокого качества обрабаты-
ваемой поверхности желательно иметь бесступенчатое
изменение частоты вращения шпинделя; 3) необходим
большой диапазон регулирования частоты враще-
ния шпинделя, достигающий в современных станках до
250: 1 и более.
В расточных станках общего назначения с диамет-
ром расточного шпинделя до 150—175 мм применяется
главный привод от одно- или многоскоростных асинхрон-
ных двигателей с многоступенчатой коробкой скоростей.
В тяжелых горизонтально-расточных станках при-
меняется привод от двигателей постоянного тока с двух-
или трехступенчатой коробкой скоростей. Для получе-
ния постоянного тока обычно используют полупровод-
никовые преобразователи. Угловая скорость двигателя
регулируется при малых частотах вращения шпинделя
(от 5 до 60 об/мин) изменением напряжения иа якоре,
дальнейшее повышение угловой скорости производится
ослаблением потока возбуждения в диапазоне (3—6) : 1.
В координатно-расточных станках даже при неболь-
шой мощности главного привода находят все большее
применение приводы от двигателя постоянного токае
бесступенчатым регулированием скорости. В этом слу-
чае для питания двигателя используются системы
ПМУ—Д, ЭМУ—Д, ТП—Д.
Привод подачи сверлильных станков обычно выпол-
няется от главного двигателя, для чего коробка подач
располагается йа шпиндельной бабке. Общий диапазон
регулирования скорости подачи для вертикально-свер-
лильных станков (2—24) : 1, для радиально-сверлиль-
НЫХч (3—40) : L
К приводам подач расточных станков предъявляются
более жесткие требования: 1) обеспечить диапазон регу-
лирования скорости до (1500—2000): 1, так как необхо-
димо обеспечить рабочие подачи и быстрые устаиовоч-
зв*е перемещения; 2) отклонение скорости подачи не
должно превышать 10% начального значения при изме-
нении момента'от нуля до /Ио.ном,' привод должен обла-
гать высоким быстродействием и обеспечивать точную
Остановку.
v1, Для выполнения указанных требований и с целью уп-
рощения кинематической цепи в универсальных и тяже-
лых расточных станках применяется привод подачи от
двигателя постоянного тока но системе Г—Д (в более
легких станках применяется система ПМУ—Д или
ЭМУ—Д) или ТП—Д (для новых станков),
В-3. РАСЧЕТ МОЩНОСТИ ДВИГАТЕЛЕЙ СВЕРЛИЛЬНЫХ
И РАСТОЧНЫХ СТАНКОВ
При сверлении нормативная скорость резания,
м/мин, может быть определена по формуле
где Cv—коэффициент, зависящий от материала изде-
лия и сверла; d — диаметр сверла, мм; Т—стойкость
сверла, мин; s— подача, мм/об; tn, г®, yv — показатели
степени, зависящие от материала изделия и диаметра
сверла.
По найденному значению скорости резания рассчи-
тывается частота вращения шпинделя, об/мин:
пшп= 103v/(nd). (8-2)
Вращающий момент на шпинделе при свёрлении,
Н-м, определяется по формуле
М = 9,81СМ d1’9 s** -10-3, <S-3j
Коэффициенты и показатели степени в (8-1) и (8-3)
находят в справочнике по режимам резания, там же да-
ются пояснения к формуле (8-3).
Зная момент и частоту вращения шпинделя, можно
найтн мощность резания при сверлении, кВт:
Рг — Мпша/9550. (8-4)
При расточке резцами скорость резания определяет-
ся по формуле (7-1), мощность резания —по (7-4).
Рассчитав мощность резания для каждой операции,
машинное и вспомогательное время, можно построить
нагрузочную диаграмму станка и, используя ее, опреде-
лить мощность двигателя (см. гл. 7).
Мощность двигателя подачи. кВт, угловая скорость
которого регулируется изменением только напряжения
на якоре, в случае естественного охлаждения или при-
нудительной вентиляции двигателя определяется по фор-
муле
рдао = Aw* 4° IO*-3, (8-5)
6(И]П
где Fn,max — наибольшее усилие подачи, действующее
на рабочей части диапазона, Н; Об,п — наибольшая ско-
рость быстрого перемещения, м/мин; т]п—КПД перес-
дачи.
Если учесть, что при быстрых перемещениях требу-
ется усилие подачи в 6—8 раз меньше по сравнению с
наибольшим рабочим усилием, то регулирование скоро-
сти. электропривода в этом случае можно производить
ослаблением потока двигателя. Это дает возможность
уменьшить номинальную мощность двигателя подачи в
Птах1пНом раз и легче осуществить автоматическое ре-
гулирование частоты вращения.
8-4. ЭЛЕКТРОПРИВОД И СХЕМА УПРАВЛЕНИЯ РАДИАЛЬНО-
СВЕРЛИЛЬНОГО СТАНКА
В качестве примера рассмотрим электропривод я схе-
му управления (рис. 8-3) радиально-сверлильцого стан-
ка модели 2А55, предназначенного для обработки
отверстий диаметром до 50 мм сверлами из быстрорежу-
щей стали. Станок имеет пять асинхронных короткозам-
кнутых двигателей: вращения шпинделя Д1 (4,5 кВт),
перемещения траверсы Д2 (1,7 кВт), гидрозажима ко-
268
лонны ДЗ и шпиндельной головки Д4 (по 0,5 кВт) н
электронасоса Д5 (0,125 кВт).
£л Частота вращения шпинделя регулируется механи-
ческим путем с помощью коробки скоростей в диапазо-
не от 30 до 1500 об/мин (12 скоростей). Привод подачи
ыполнен от главного двигателя Д1 через коробку по-
ач. Скорость подачи регулируется от 0,05 до 2,2 мм/об,
аибольшее усилие подачи Fa,max—20'000 Н. Траверса
Южет поворачиваться вокруг оси колонны на 360° и
ертикалыю перемещается по колонне на 680 мм со ско-
остью 1,4 м/мин. Зажим траверсы на колонне произ-
одится автоматически. Все органы управления стан-
ом сосредоточены на сверлильной головке, что обеспе-
ивает значительное сокращение вспомогательного
ремени при работе, на станке.
Все электрооборудование, за исключением электро-
насоса, установлено на поворотной части станка, поэто-
му напряжение сети 380 В подается через вводной вы-
ключатель ВВ на кольцевой токосъемник КТ и далее
через щеточный контакт в распределительный шкаф, ус-
тановленный на траверсе.
? Перед началом работы следует произвести зажим ко-
f* лоииы и шпиндельной головки, что осуществляется иа-
Жатием кнопки Зажим. Получает питание контактор
К КЗ и главными контактами включает двигатели ДЗ и
£ Д4, которые приводят в действие гидравлические за-
► жимные устройства. Одновременно через вспомогатель-
ный контакт контактора КЗ включается реле PH, под-
тУготавливающее питание цепей управления через свой
* контакт после прекращения воздействия на-кнопку За-
>- жим и отключения контактора КЗ. Для отжима колон-
ны и шпиндельной головки при необходимости их пере-
мещения нажимается кнопка Отжим, при этом теряет
< питание реле PH, что делает невозможным работу на
станке при отжатых колонне и шпиндельной головке.
Управление двигателями шпинделя Д1 и перемеще-
ния траверсы Д2 производится при помощи крестового
переключателя КП, рукоятка которого может переме-
щаться в четыре положения: Влево, Вправо, Вверх и
Вниз, замыкая при этом соответственно контакты КП1—
КП4. Так, в положении рукоятки Влево включается
контактор КШВ, и шпиндель вращается против часо-
вой стрелки. Если рукоятку переместить в положение
Вправо, то отключается контактор КШВ, включается
269
Ряс 8-3. Схема управления электроприводами стайка модели 2А58.
270
(контактор КШН, и шпиндель станка будет вращаться
по часовой стрелке.
При установке рукоятки крестовогб переключателя
КП, например, в положение Вверх включается контак-
тором КТВ двигатель Д2. При этом ходовой винт меха-
низма перемещения вращается вначале вхолостую, пе-
редвигая сидящую иа нем гайку, что вызывает отжим
траверсы (при этом замыкается контакт ПАЗ-2 пере-
ключателя автоматического зажима), после чего проис-
ходит подъем траверсы. По достижении траверсой не-
w* обходимого уровня переводят рукоятку КП в среднее
положение, поэтому отключается контактор КТВ, вклю-
Я|^ чается- контактор КТН и двигатель Д2 реверсируется.
Реверс его необходим для осуществления автоматичес-
ш кого зажима траверсы благодаря вращению ходового
винта в обратную сторону и передвижению гайки до по-
ложения зажима, после чего двигатель разомкнувшимся
Ш контактом ПАЗ-2 отключается. Если теперь установить
рукоятку переключателя КП в положение Вниз, то сна-
,'г^ чала произойдет отжим траверсы, а затем ее опускание
s' и т.д. Перемещение траверсы в крайних положениях ог-
раничивается конечными выключателями ВКВ н ВКН,
разрывающими цепи питания контакторов КТВ или
Защита от к.з. в силовых цепях, цепях управления
i И освещения производится плавкими предохранителями
Пр1—Пр4. Двигатель шпинделя защищен от перегруз-
ки тепловым реле РТ. Реле PH осуществляет нулевую
защиту, предотвращая самозапуск двигателей Д1 н Д2,
включенных переключателем КП, при снятии и последу-
ющем восстановлении напряжения питания. Восстанов-
ление депн управления возможно только при повтор-
ном нажатии кнопки Зажим.
8-J. ЭЛЕКТРОПРИВОД И СХЕМА УПРАВЛЕНИЯ
УНИВЕРСАЛЬНОГО РАСТОЧНОГО СТАНКА
Универсальные горизонтально-расточные станки
средних размеров, например моделей 2620, 265 и других,
при различных мощностях электродвигателей шпинделя
имеют сходные системы управления как главными при-
водами, так н приводами подач.
Рассмотрим особенности электрооборудования и ра-
боту схемы управления расточного стайка модели 2620.
271
Главное движение —вращение расточного шпинделя
осуществляется от двухскоростного асинхронного двига-
теля мощностью 10 кВт при 1460/980 об/мин. Частоту
Рис. 8-4. Электрическая схема главного привода расточного станка
вращения шпинделя можно изменять в пределах 12,5—
1600 об/мин с помощью коробки скоростей и переключе-
ния числа пар полюсов двигателя.
Система управления главным приводом станка обе-
спечивает: возможность вращения шпинделя в обоих на-
правлениях; рабочий и наладочный режимы; одиовре-
272
мениое включение привода шпинделя и насоса смазки;
возможность переключения скоростей в шпиндельной
коробке только при отключенном двигателе; прииуди-
модели 2620.
тельное электрическое торможение шпинделя для быст-
рой остановки.
На рис. 8-4 показана несколько упрощенная элек-
трическая схема главного привода. Включение реверсив-
ных контакторов КШВ1 и КШН1 определяет направле-
ние вращения двигателя шпинделя ДШ. Его частота
18—642
273
1
вращения задается положением выключателя ВК2, ко-
торый связан с устройством переключения скоростей в
шпиндельной коробке. При разомкнутом контакте ВК2
включен контактор КШМ, обмотка статора соединена
в треугольник и Двигатель вращается с малой угловой
скоростью. Если контакт ВК2 замкнут, то включены
контакторы КШБ1 и КШБ2, обмотка статора соедине-
на в двойную звезду н двигатель вращается с большой
скоростью.
Переключение скоростей в шпиндельной коробке мо-
жет производиться только при неподвижном положения
шпинделя. Поэтому в начале операции переключения
размыкается контакт выключателя ВК1, связанногос
механизмом переключения, двигатель тормозится и ос-
танавливается. После завершения установки новой ско-
рости нажатие на выключатель ВК1 прекращается, и
двигатель вновь пускается.
Рассмотрим работу схемы при условии, что шпин-
дель станка должен вращаться с большой частотой, т. е.
при замкнутом контакте выключателя ВК2. Нажатием
кнопки КнВ включаются контактор КШВ1, контактор
КН двигателя насоса смазки ДН, затем реле РПС, ре-
ле времени РВС и контактор К1ДМ. Поэтому двигатель
ДШ пускается на меньшую угловую скорость. Через
некоторое время реле РВС отключает контактор КШМ
и включает контакторы КШБ1 и КШВ2, двигатель те-
перь будет разгоняться до своей высшей угловой скоро-
сти. Во время пуска двигателя реле контроля скорости
РКС замыкает свой контакт и включает реле торможе-
ния РТ1, которое своим контактом подготавливает цепь
катушки контактора КШН2 к последующему процессу
торможения.
При нажатии кнопки КнС отключаются контакторы
КШВ1, КН, КШБ1, КШБ2, реле РВС и подается пита-
ние на катушку контактора КШН2. Этот контактор
включается, подавая на статор двигателя напряжение
обратной последовательности. Происходит процесо тор-
можения противовключением при введении в цепь ста-
тора резисторов Кя, ограничивающих тормозной ток
двигателя. Контроль за процессом торможения осуще-
ствляет реле РКС, контакт которого в цепи катушки ре-
ле РТ1 размыкается при угловой скорости, близкой к
нулю. Реле РТ1 теряет питание и отлючает контактор
КШН2.
274
Проворот шпинделя при наладочных операциях co-
г.- вершается После нажатия кнопки Толч. вперед или
Тдлч. назад, что вызывает включение контактора КШЁ2
К» или КШН2. В цепь статора вводятся резисторы /?и, ог-
раничивающие пусковой момент и обеспечивающие плав-
ью ный пуск привода. При наладочных режимах двигатель
насоса смазки ДН не включается.
в-*. ЭЛЕКТРОПРИВОД ПОДАЧИ РАСТОЧНОГО СТАНКА ПО
СИСТЕМЕ ТП—Д
Как отмечалось выше, привод подачи универсаль-
ных расточных станков выполняется от двигателя по-
. стойнного тока. Рассмотрим вариант такого привода по
£ системе ТП—Д, разработанный ЭНИМС в виде ком-
плектного устройства серии ЭТЗР с двигателем типа
ПБСТ при диапазоне регулирования скорости до 2000 : 1.
Электропривод, структурная схема которого изобра-
жена на рис. 8-5, а, представляет собой систему автома-
тического регулирования с отрицательной обратной
связью по скорости и ограничением тока в силовой це-
пи. Якорь двигателя Д получает питание от реверсив-
ного тиристорного преобразователя ТП (рис. 8-5,6), со-
стоящего из двух групп вентилей Т1, ТЗ, Т5 и Т2, Т4, Тб,
включенных по трехфазиой нулевой встречно-параллель-
ной схеме с общим силовым трансформатором Тр2.
В схеме применяется совместное управление группами
тиристоров при нелинейном согласовании регулировоч-
ных характеристик <z\=f(Uc,y) и a2=f(t/c,y) системы
управления (апач=Ю0-г-105°). Для ограничения урав-
нительного тока, который может протекать при Ud,v>
служат уравнительные дроссели Др! и Др2.
Блок управления БУ состоит из трех однотипных
каналов, на входе каждого из которых суммируются три
напряжения: синхронизированное сетью с требуемой фа-
зировкой относительно анодного напряжения тиристо-
ров переменное напряжение (7П, поступающее из блока
БУН\ напряжение управления преобразователем [/у>п—
от блока ПУ и напряжение смещения 1)сы. Каждый ка-
нал заканчивается двумя импульсными трансформато-
рами, вторичные обмотки которых подключены к управ-
ляющим электродам тиристоров, например Т! и Т4,
одной фазы разных групп. Таким образом БУ выраба-
тывает, распределяет по тиристорам и смещает управ-
18*
275
ляющие импульсы l/им, осуществляя регулирование на-
пряжения Uа преобразователя ТП. На рис. 8-5,6 пока*
зан канал управления фазы А1 с входным транзистором
ПТ 101*. Каналы фаз В1 и С1 выполнены аналогично, '
Ряс. 8-5. Принципиальная электрическая схема привода подачи с
* Первая, цифра в обозначении элементов указывает номер бло-
ка, две последующие — номер элемента.
375
только процессы в них происходят с отставанием соот-
ветственно на 120 и 240°.
Блок промежуточного усилителя ПУ состоит: из ре-
версивного транзисторного усилителя напряжения ОУ,
реверсивным тиристорным преобразователем серии ЭТЗР.
выполненного на базе интегрального усилителя типа
К1УТ401Б; усилителя мощности на транзисторе ПТЗО1\
узлов коррекции КУ и токоограничения ТО; звеньев
277
преобразования напряжения тахогенератора R1 и
На вход ОУ (точки 148—13) поступает управ*
ляющее напряжение Ur, равное разности задающего на-
пряжения ия, снимаемого с регулятора скорости PC, и
напряжения обратной связи 1/о,о, получаемого с тахоге-
нератора ТГ через делитель на резисторах R319, R323.
Напряжение U? усиливается до напряжения управления
преобразователем Uy^—knv Оу, которое подается на
вход блока БУ (точки 141—13).
Блок управляющих напряжений БУН вырабатывает
три периодических напряжения UB сложной формы,
сдвинутых между собой на угол 120°. Каждое из этих
напряжений состоит из суммы синусоидального и ’им-
пульсного напряжений, что обеспечивает достаточно ши-,
рокий диапазон изменения фазы управляющих импуль-
сов t/им, подаваемых на тиристоры, и устойчивую рабо-
ту блока БУ в переходных режимах. Блок состоит из
трех идентичных схем, получающих питание от вторич-
ных обмоток трансформатора Тр1, соединенных в зиг-
заг.
Прн совместном управлении группами тиристоров ре-
версивной системы ТП должно соблюдаться условие
ai4-a2^ 180°, а для уменьшения габаритов уравнитель-
ных дросселей необходимо, чтобы на всем диапазоне
изменения напряжения Ud выполнялось соотношение
Ud,B>Ua,B- Это условие будет соблюдаться, если устано-
вить начальный угол включения тиристоров <хо=100-5-
-5-105°. Такой сдвиг управляющих импульсов относи-
тельно точки естественного открывания вентилей обеспе-
чивается за счет соединения первичных обмоток транс-
форматоров Тр1 в треугольник, а вторичных (питающих
БУН) —в зигзаг. Корректировку угла а0 можно.произ-
водить за счет отпаек 1а, 1Ь и 1с, а также изменением
напряжения UCM в блоке БУ.
Узел токоограничеиия ТО. Для ограничения тока
двигателя в системе ТП—Д наряду с токовой отсечкой,
которая не может ограничить ток /я за первый интервал
проводимости тиристоров, часто применяется упрежда-
ющее токоограничение. Сущность его заключается в том,
что ток /я непосредственно не измеряется, а оценивает-
ся по косвенным показателям: по соотношению ЭДС
двигателя Ея и ЭДС преобразователя £п- Для того что-
бы ток якоря /я при изменении угловой скорости дви-
гателя со поддерживать постоянным, например в процес-
#78
Ice пуска, нужно соответственно увеличению со наменять
ЭДС преобразователя Еа.
Если ток якоря должен оставаться равным стопор-
ному (прй Ю=0) /я,стоп, ТО Дп,та*(ш)=£я(<0)4-
Н-^я,стоп/?ях • Каждому заданному значению задающего
напряжения £/3, которое пропорционально заданному
значению угловой скорости двигателя юа, соответствует
свое максимальное значение Еп.тах прн /н=/я.стоп, так
как при 7я</я,стоп и том же значении t/3 Ёп<Еп,тах(<о).
Для системы, замкнутой по скорости, можно принять
®=ю3. Следовательно, можно считать, что каждому зна-
чению угловой скорости соответствует свое максималь-
ное значение Еп,тах при 7я=7я,стоп. В частности, при
й=0 Ея = 0 И £"п,тах(0) =Дп,стоп = /я,стоп7?ях • ТвКИМ об-
разом, для того, чтобы ограничить и поддерживать в пе-
реходных процессах ток якоря на уровне. /я.стоп, нужно
ограничивать ЭДС преобразователя на уровне Еп,тах(а>),
зависящем от текущего значения угловой скорости дви-
гателя, например, посредством так называемой отсечки
по скорости с уставкой, регулируемой в функции .угло-
вой скорости двигателя. Ограничение ЭДС преобразова-
теля можно осуществить, ограничивая напряжение 7/у,я
на выходе ПУ. Учитывая, что Ек=Сы и £Я=АП7/У,П, где
Аи — коэффициент усиления ТП, получим выражение
для максимального сигнала управления (для уставки
отсечки по скорости 7Л>Тс,с) в зависимости от угловой
скорости двигателя
Uy.n.max (й) — С(о/Ац ^у.п.стоп = Uotc.c (й), (8*6)
где
^У.П.СТОП “ £п.СТОп/^п = 7я,СТ0П 7?ях/Ап. (8*7)
С целью ограничения напряжения (7У,П на уровне
та* (й) и, следовательно, спелью реализации усло-
вия /„ (й) ==7я,стов напряжение Uov ta Uy,a на выходе
усилителя ОУ (резистор R311) через нелинейную це-
почку иа диодах Д304—Д307 сравнивается с напряже-
нием £/т,м=Ат,м<|>. которое снимается с тахометрического
моста, состоящего из тахогенератора ТГ и делителя на-
пряжения R321—R322. Каждому значению угловой ско-
рости двигателя соответствуют определенные^значения
Vy,„ н и,.,,- С помощью потенциометра R321 выставля-
ется равенство этих напряжений при работе двигателя
на холостом ходу. С увеличением нагрузки двигателя
279
йод действием обратной сайзи напряжение Uy,n возрас-
тает (см. рис. 8-5, г), а £7Т,М — практически остается
неизменным (при данном значении Ut). Когда разность
этих напряжений достигнет уровня напряжения откры-
вания диодов Д304—ДЗО7, то дальнейший рост напря-
жения Uy,n станет невозможным, так как сопротивление
резистора R322, на которое нагружается усилитель ОУ
через диоды Д304—Д307, намного меньше высокоомной
нагрузки усилителя ОУ в виде блока БУ. Поэтому
с дальнейшим ростов нагрузки начнет падать угловая
скорость двигателя, уменьшаться £/т>и, что приведет к
уменьшению €/у,п> Еп и угловой скорости двигателя <о,
но при этом ЭДС преобразователя будет равной
Еп.тах (о»), а напряжение управления (/у,п—равным
^у,п,та*(<о), и ток /я при любом значении ЭДС Ея
останется постоянным и равным
/я=1£п (а) — Дя]/Я«х = Iя, стоп» (8-8)
При линейной зависимости £в=«/(4/у,в) (рис. 8-5, в)
характеристики двигателя в зоне токоограни-
чения при различных значениях Us будут иметь вид
прямой вертикальной линии (рис. 8-5, г). Коэффициент
передачи звена К1 должен быть равен Лт,м=1/(ЛпЛдв).
Требуемое суммарное напряжение открывания ЁД17в>Вом
опорных диодов (Д17.‘Ном — номинальное прямое паде-
ние напряжения на диоде), соединяемых последователь-
но — параллельно, или пробоя стабилитронов £/ст,ном,
включаемых в эту цепочку последовательно, определя-
ется заданным током /«.стоп по следующему выражению!
Uct,B — Д|,СТОП = С^УП.СТОП" (8 9)
Диоды Д302, ДЗОЗ, включенные на вход усилителя
ОУ, ограничивают напряжение С'У=С'3 — Оол до значе-
ния Ь'у,та*=Д^.,иом, защищая интегральный усилитель
от перегрузок в переходных режимах, и отключают от-
рицательную связь по скорости (размыкают систему ав-
томатического регулирования — САР) при работе узла
токоограничения.
Конструктивно блоки БУ, ПУ, БУН и другие выпол-
нены иа печатных платах с разъемами, что позволяет
быстро делать замену вышедшего из строя электронного
280
I узла. Источники питания блоков управления, усилителя
ОУ и др. размещены в отдельном блоке БП, который
состоит из четырех трехфазных выпрямителей на крем-
ниевых диодах и стабилизатора напряжения на стаби-
литронах СТ1 — СТЗ, от которого питается регу-
лятор скорости PC через реверсивный контактный мос-
тик РП4 — РП5 (рис. 8-5, б).
Выходные каскады блока БУ (транзисторы ПТ 107,
ПТ 108 и др.) подключаются к источнику питания кон-
тактом реле РП2, которое включается нажатием кнопки
КнП через транзистор ПТ205. Защита электропривода
от к.з. осуществляется автоматическими выключателя-
ми ВА1 и ВА2, а максимальная токовая защита с по-
мощью реле РП1 и РП2. Если ток якоря /я превысит
Л,ст»л (например, при заклинивании механизма подачи 7
станка), то максимальное токовое реле РП1 сработает
и замкнет цепь базы транзистора ПТ205 с эмиттером,
триод закроется, реле РП2 потеряет питание и через
небольшую выдержку времени разомкнет свои контак-
ты в цепях питания выходных каскадов БУ, снимая уп-
равляющие импульсы с тиристоров Т1 — Тб.
Коррекция системы автоматического регулирования
(САР) привода осуществляется изменением параметров
гибкой обратной связи, охватывающей усилитель ОУ
(конденсаторы Ск), и подбором резисторов R305 н
R317. Для пуска двигателя Д включается реле РП4 или
РП5 (катушки этих реле на схеме не показаны) и пода-
ет на вход схемы задающее напряжение Uit значение и
знак которого определяют фазы управляющих импуль-
сов относительно анодного напряжения на тиристорах,
а следовательно, угол включения тиристоров ТП или
значение напряжения иа якоре двигателя^ его угловую
скорость и направление вращения. С помощью потенцио-
метра R707 выставляется минимальная угловая скорость
двигателя.
Схема управления приводом подачи расточного стан-
ка должна предусматривать: а) работу привода подачн
только при вращении шпинделя; б) установочные пере-
мещения механизмов подачи независимо от работы
главного привода; в) автоматическое ограничение хода
шпинделя, шпиндельной бабки или стола; г) защиту
У силовых элементов и цепей управления от токов корот-
s кого замыкания. •
Г
281
Глава девятая
ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ ПРОДОЛЬНО-
СТРОГАЛЬНЫХ СТАНКОВ
•И. НАЗНАЧЕНИЕ И УСТРОЙСТВО ПРОДОЛЬНО-СТРОГАЛЬНЫХ
СТАНКОВ
Данные станки предназначаются в основном для об-
работки резцами плоских горизонтальных и вертикаль-
ных поверхностей у крупных деталей большой длины.
На этих станках можно также производить прорезание
прямолинейных канавок различного профиля, Т-образ-
ных пазов и т. д. Детали средних размеров устанавли-
ваются рядами на столе стайка и обрабатываются одно-
временно.
Продольно-строгальные станки разделяются иа од-
достоечные (с консольной поперечиной) и двустоечные
(портального типа). На рис. 9-1 показан общий вид
двухстоечного продольно-строгального станка. Его ста-
нина / имеет продольные направляющие (плоские и
V-образные). По ним возвратно-поступательно движется
стол 2, на котором закрепляют обрабатываемую деталь.
Перемещение стола — главное движение — осу-
ществляется от электродвигателя 9 через редуктор и
реечную передачу, которая состоит из рейки (прямозу-
бой, косозубой или червячной), привернутой снизу к сто-
лу по всей его длине, и реечного колеса или расположен-
ного под углом червяка. Снятие стружки с обрабатывае-
мой детали (строгание) происходит при ходе стола Впе-
ред (прямой или рабочий ход). Ход стола назад (обрат-
ный ход) совершается обычно с повышенной скоростью,
н снятие стружки не производится (холостой ход), а рез-
цы в это время автоматически отводятся от обработан-
ной поверхности (поднимаются). Изменение направле-
ния движения стола производится или при помощи
электромагнитной реверсивной муфты (на малых стан-
ках), или посредством реверсирования главного двига-
теля. Портал станка 6 образован двумя вертикальными
стойками и верхней балкой. К этой балке прикреплена
подвеска 5 пульта управления 11. По вертикальным на-
правляющим стоек при помощи ходовых винтов пере-
мещаются поперечина (траверса) 3 и боковой суппорт
10 (некоторые станки имеют два боковых суппорта).
282
Поперечина имеет горизонтальные направляющие, по
которым могут перемещаться вертикальные суппорты 4t
Суппорты станка с закрепленными в них резцами осу»
ществляют прерывистую периодическую подачу за вре-
мя реверса стола е обратного хода на прямой и быстрые
установочные перемещения. Движение суппортам пере-
Рис. 9-1. Общий вид тяжелого иродольио-строгального станка.
дается через коробки подач 7 и 8 от отдельных элект-
родвигателей.
Основными величинами, характеризующими размеры
и технологические возможности различных продольно-
строгальных станков, являются наибольшая длина
строгания (ход стола) L (от 1,5 до 12 м), наибольшая
ширина обработки (от 0,7 до 4 м) и наибольшее тяговое
усиление иа рейке стола FT (до 30—70 кН и более).
•-Х ОСОБЕННОСТИ РАБОТЫ И ТИПЫ ГЛАВНЫХ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ
ПРОДОЛЬНО-СТРОГАЛЬНЫХ СТАНКОВ
Процесс обработки изделий на таких станках состо-
ит из последовательно повторяющихся циклов, каждый
из них включает рабочий или прямой ход стола, во вре-
мя которого происходит обработка, и обратный ход, ког-
да стол возвращается в исходное положение и осуществ-
283
ляется подача резцов (во время реверса стола с обрат-
ного хода на прямой).
Нормативная скорость прямого хода (скорость реза-
ния) определяется твердостью обрабатываемого мате-
риала, свойствами режущего инструмента и видом об-
работки (чистовая, черновая). Для увеличения произ-
водительности станка скорость обратного ж>да обычно
устанавливают больше скорости резания. На рис. 9-2
показаны график пути / и скорости v стола в зависимо-
сти от времени для одного цикла. Время цикла склады-
вается из
Т'п, ~ Ai.np 4* (пр 4- (т.пр 4- (п.обр 4" 4)бр 4- ^т.обр» (9-1)
где (п,пр и /п,обр — время пуска при прямом и обратном
ходах; /пр и /обР — время прямого н обратного устано-
вившихся движений; Гт,Пр и /т.ибР— время торможения
при прямом и обратном ходах.
Производительность продольно-строгального станка
характеризуется числом двойных ходов в минуту Nx„,x,
которое зависит от длины хода стола, соотношения ско-
ростей прямого и обратного ходов, времени реверсиро-
вания и может быть подсчитано по формуле
дг __________60/?Vnp____
ЯВ,Х 60L (I + k) + kvDV ’
Рис. 9-2. Графики скорости и пути
стола - продольно-строгального
станка.
где k—Vo6p/^np; Цпр и
»Обр — скорости прямого
и обратного ходов стола,
м/мин; L — длина хода
стола, м; /рев — время ре-
версирования Стола с пря-
мого хода на обратный
или наоборот, с.
Из уравнения (9-2)
видно, что число двойных
ходов и, следовательно,
производительность стан-
ка возрастают с увеличе-
нием Ообр (до определен-
ного предела) при задан-
ной скорости резания Опр
и с уменьшением време-
ни /реВ. При малых дли-
284
нах ' строгания наиболее эффективным средством по-
вышения производительности является уменьше-
ние времени реверса за счет повышения быст-
родействия привода и установления некоторой опти-
мальной (по производительности) скорости обратного
' хода. При больших длинах строгания наибольший эф-
Lфект дает увеличение скорости обратного хода. Чрез-
I мерное увеличение ооср (при малых и средних длинах
строгания) может привести к такому росту /рвв. при ко-
тором повышение производительности не произойдет.
Сокращение времени реверса имеет свой предел, так
как за время реверса у продольно-строгальных станков
осуществляется подъем и опускание резцов, а также
производится поперечная подача суппортов. Кроме то-
го, с уменьшением tPn возрастают динамические нагруз-
ки в передачах стайка.
Время переходного процесса пуска или торможения
С зависит, ка'к известно, от суммарного момента инерции
электропривода. Например, время пуска (торможения),
- (9-3)
^П.ср Я”
, где Л<И1Ср — среднее значение момента двигателя при
' пуске, Н-м; Мс — момент статического сопротивления,
Н-м; ®с — угловая скорость двигателя, соответствую-
щая моменту Мс, рад/с; — суммарный момент инер-
_дии электропривода, кг-м2.
Практика показывает, что в продольно-строгальных
( станках момент инерции двигателя /д, составляет до
80—85% общего приведенного момента инерции /х дви-
жущихся поступательно и вращающихся элементов при-
вода. Поэтому стараются вообще исключить реверсиро-
вание двигателя и производить изменение направления
хода стола при помощи реверсивной электромагнитной
муфты, либо устанавливают двигатели с удлиненным
якорем (ротором), имеющие меньший момент инерции,
либо устанавливают вместо одного два двигателя поло-
винной мощности.
В современных продольно-строгальных станках регу-
лирование скорости движения стола, а также его ревер-
сирование осуществляется, как правило, электрическим
путем, поэтому производительность станка и качество
обрабатываемых изделий в значительной степени опре-
деляется работой привода стола.
288
Рис. 9-3. Зависимость тягового
усилия FT и мощности двигателя
Рд. от скорости перемещения сто-
ла оет.
Наименьшая скорость резания при черновой обра-
ботке принимается равной 4—6 м/мин. При чистовой
обработке скорость резания на строгальных станках'до-
стигает 75—100 м/мин, следовательно, диапазон регу-
лирования скорости стола равен (15->25): 1. При изме-
нении скорости резания приблизительно от 5 до 25 м/мин
.тяговое усилие на рейке стола остается постоянным и
наибольшим (зона 1).
При дальнейшем уве-
личении скорости ре-
зания тяговое усилие
Ft уменьшается (рис.
9-3, зона II). Следова-
тельно, в зоне неболь-
ших скоростей момент,
развиваемый двигате-
лем, должен оставать-
ся примерно постоян-
ным, а при скоростях
выше 25 м/мнн остает-
ся неизменной мощ-
ность. Заданная угло-
вая скорость двигате-
ля должна поддерживаться во всем диапазоне с
точностью до ±(5—10%) при изменении нагруз-
ки от 0,1 до 1,2 номинального момента. Динамичес-
кий перепад скорости, вызванный резким приложением
нагрузки (при входе резца в металл), должен быть не
более 10—20%, а возникающий при этом переходный
процесс должен заканчиваться в течение 0,1—0,2 с. Для
главного привода продольно-строгальных станков целе-
сообразно применять двигатели, обладающие повышен-
ной перегрузочной способностью и пониженным момен-
том инерции, так как такие двигатели обеспечивают
меньшее время пуска и торможения.
В продольно-строгальных станках нашли применение
различные типы главных электроприводов в зависимо-
сти от размеров станка, тягового усилия и требуемого
диапазона регулирования скорости.
Для небольших станков при £^3~4 м, FT^30±
4-50 кН и диапазоне регулирования скорости стола £>=
= (34-4) 11 применяется привод от асинхронного корот-
козамкнутого двигателя в сочетании с коробкой скоро-
стей и реверсивной электромагнитной муфтой.
S86
В качестве главного привода средних Г£^5 м,
^50—70 кН и D= (б-т-8) 51] и тяжелых [£>5 м; FT>
>70 кН и £>=(15'4-25)11] продольно-строгальных
станков в настоящее время используется двигатель по-
стоянного тока, управляемый по системе Г -г- Д с ЭМУ
или МУ в качестве возбудителя и промежуточными маг-
нитными или полупроводниковыми усилителями. Эта
система позволяет получить нужную форму характери-
стик двигателя, требуемый диапазон и плавность регу-
'лирования скорости движения стола, небольшое /рев.
Недостатком системы Г — Д является необходимость
выбора мощности источника постоянного тока —
генератора и приводного асинхронного двигателя по
установленной мощности двигателя стола, которая оп-
ределяется наибольшим тяговым усилием или момен-
том, соответствующим минимальной скорости, и номи-
нальным .напряжением прн номинальной угловой ско-
рости двигателя. Особенно значительное завышение
Рустлъ и соответственно Рг.пом по сравнению с отдавае-
мой ими мощностью имеет место при регулировании
угловой скорости двигателя только изменением ЭДС ге-
нератора.
С целью уменьшения установленной мощности элек-
трических машин, повышения загрузки двигателя и КПД
главного привода тяжелых продольно-строгальных стан-
ков по системе Г — Д целесообразно применять двух-
зонное регулирование угловой скорости двигателя. На
выпускаемых в настоящее время станках начинают
внедряться приводы с тиристорными преобразователями
для питания цепи якоря и вводятся системы автомати-
ческого управления с применением унифицированной
блочной системы регуляторов (УБСР), которые позво-
ляют сравнительно просто реализовать высокое быстро-
действие привода по системе ТП — Д при хорошем ка-
честве переходных процессов.
9-3. РАСЧЕТ МОЩНОСТИ ДВИГАТЕЛЯ СТОЛА ПРОДОЛЬНОГО
СТРОГАЛЬНОГО СТАНКА
Снятие стружки при строгании производится только '
при рабочем ходе стола. При обратном же ходе резец
приподнимается и мощность, развиваемая приводом,
расходуется лишь на преодоление потерь в станке. Ско-
287
рость, с которой деталь перемещается относительно рез-
ца при рабочем ходе, называется скоростью резания.
Перемещение резца на один двойной ход стола.перпен-
дикулярно детали составляет подачу s. Величина, на ко-
торую углубляется резец в изделие при одном проходе,
; определяет глубину резания t. При строгании подача и
глубина резания принимаются: для черновой обработки
з=1-4-7 мм/дв. ход, /6-4-30 мм; для чистовой обработ-
ки широкими резцами s= 10—30 мм/дв. ход и выше, t=
=0,054-0,3 мм.
Скорость, усиление н мощность резания определяют-
ся по формулам (7-1), (7-2) н (7-4) для токарной обра-
ботки. Значения коэффициентов и показателей в форму-
лах находятся нз справочников по режимам резания. Ма-
шинное время при строгании, затрачиваемое для обра-
ботки одного изделия, мин, можно найти по формуле
tM = (9-4)
где В— ширина изделия, мм; Л^д»,ход—число двойных хо-
дов в минуту, дв. ход/мин; s— подача на один двойной
ход, мм/дв, ход.
Нагрузка двигателя главного привода продольно-
строгального станка складывается из мощности резания,
потерь в передачах и мощности, развиваемой двигателем
в процессах пуска и торможения стола, которые происхо-
дят с моментами и токами, превышающими номинальные
(дважды за один двойной ход стола и многократно в те-
чение времени работы станка). Следовательно, привод
таких станков работает в перемежающемся режиме с
частыми реверсами (S7), поэтому выбор мощности дви-
гателя производится по нагрузочной диаграмме с учетом
загрузки в переходных режимах.
Для предварительного определения мощности двига-
теля главного привода и построения нагрузочной диаг-
раммы принимают в качестве исходных следующие тех-
нические данные:
1) наибольшее усилие резания Г2|ПМх> Н, и соответст-
вующая этому усилию наибольшая скорость прямого хо-
да стола Рцрь м/мин;
2) наибольшая скорость стола vmax, м/мин;
3) наибольший вес, Н, обрабатываемой детали Gm
и стола G0T;
4) КПД передачи (до рейкр стола) при полной на-
грузке т]П;
288 ♦
Г - 5) длина хода стола L, м и коэффициент трения стола
о направляющие р (принимается равным 0,05—0,08);.
6) суммарные момент инерции вращающихся частей
механизма привода и движущихся -поступательно дета-
ли и стола.
Задаваясь наиболее тяжелым режимом, определяют
р мощность резания, кВт:
Рг = F',™ опр1/(60 • 1000). (9-5)
Мощность потерь на трение стола о направляющие
при прямом ходе, кВт;
ДР«шр ~ (Одет + Ост) ^ЯЙ/(60 - 10s). (9-6)
Мощность на валу двигателя, кВт;
р =а 4~ ^влпр — ?т.тах t'nPi |Q—3
т)п _ 60т)п
(9-7)
ГДе/?т,тах==-Рг,тах_Ь (Одет4-Сст_Ь^хЧ"^7р) Р> — ТЯГОВОв уСИ-
лие на рейке стола, Н; Fv, Fx, Ft,max — составляющие уси-
? лия резания.
Зависимость Fi—f (vCt) для определенного типа про-
, дольно-строгальных станков обычно задается графиче-
ски (рис. 9-3) и состоит из двух участков: на первом из
। ннх тяговое усилие остается примерно постоянйым от
® до Рпрь а на втором участке с ростом скорости уси-
лие £г уменьшается; следовательно, регулирование ско-
рости привода стола на первом участке должно произво-
диться при постоянном моменте (мощность при этом бу-
дет изменяться), а на втором — приблизительно с посто-
янной мощностью (при уменьшающемся моменте).
Предварительный выбор мощности производится с
.• учетом способа регулирования скорости привода (или
скорости стола):
а) Если предполагается применить асинхронный при-
вод (n=== const/, то выбирается короткозамкнутый дви-
гатель с номинальной Мощностью Рнсм^Рдв.пр и пНОм=
«Onpi/р, где р—Ост/Пдв — радиус приведения стола к ва-
лу двигателя, м/об; регулирование скорости стола в этом
случае осуществляется ступенчато посредством коробки
скоростей.
б) Если главный привод должен быть выполнен по
. системе Г—Д или ТП—Д, а регулирование угловой ско-
рости дригателя во всем диапазоне будет производиться
изменением ЭДС преобразователя, то предварительно
19-612 . 289
выбирается по каталогу двигатель постоянного тока а
независимой вентиляцией продолжительного режима
работы на номинальные мощность и частоту вращения
И Лаом Аг Vtnax/p (на рИС. 9-3 ЭТа
мощность обозначена как P«H>max).
в) Если будет использовано двухзонное регулирова-
ние скорости привода, то предварительно задаются воз-
можным диапазоном изменения потока двигателя
.расч— Лтлох^ном^Дф доп, ОПреДвЛЯЮТ Прасч—Утах!
/1>ф,расч и подсчитывают
/>дв,расч =/’дв.пр Прасч^пИ» (9*8)
и далее по каталогу на двигатели, допускающие регули-
рование частоты вращения ослаблением поля в нужном
диапазоне, подбирают двигатель ближайшей большей
мощности при пНОм«Прасч/р, так как скорость стола Vmax
обеспечивается изменением Фдв в диапазоне /?ф —
«Цпи/Ррасч, где Ряв =const.
По номинальным данным выбранного двигателя по-
стоянного тока (Рном, Укон и /ном) выбирают преобразо-
вательную установку: генератор и приводной асинхрон-
ный двигатель в системе Г—Д на максимально возмож-
ную частоту вращения (пНО№= 15004-3000 об'мин) с
целью уменьшения габаритов, массы и стоимости ма-
шинного агрегата, или тиристорный преобразователь и
питающий трансформатор в системе ТП—Д.
Далее предварительно выбранный двигатель следует
проверить по нагреву с учетом совместной работы дви-
гателя и станка в установившихся и переходных режи-
мах. Для этого строится нагрузочная диаграмма элек-
тропривода М—f (/) для одного цикла работы стайка. По
исходным данным, приведенным ранее, определяют на-
грузки привода в различных режимах.
Потери в передачах станка будут равны:
при прямом ходе со скоростью пп? и полной нагрузке
Д^нагр ~ Ppfi.ap (t Яд) ^njA’npli (9*9)
. при прямом ходе вхолостую
ДРх.пр ~ О.бАРцдгр
и при обратном ходе ДРт,пиР=ЛРт.прПпиг/опр.
* Величина РДв,пр определена по (9-7),
№0
Время установившегося движения при прямом и об-
ратном ходах ётола *
tav = -^6o-^°e±2s-.°p « W =* — 60-
Vnp 2 fo6p
__ *п,обр ~Ь *т.обр
2
Время пуска и торможения подсчитывают по уравне-
нию (9-3), задаваясь соответствующим моментом двига-
теля (Мп и Мг), предварительно определив суммарный
-момент инерции привода.
С Мощность на валу двигателя при прямом ходе вхо-
лостую
Рдх.пр.х = 0,6ДРнагр + А^напр» (9-10)
где ДРнащ>= (бдат-Нбст) Оцрц7(60-103) — потери в направ-
ляющих стола.
Момент на валу двигателя, Н-м, при прямом ходе
вхолостую
Д^пр.х ~ ^дв.пр.х • 1000/(0пр. (9-11)
Мощность иа валу двигателя при.обратном ходе
Рдв.обр ~ Рдв.пр.х ^обр^пр- (9'12)
Момент на валу двигателя при обратном ходе
^обр.х^^.обр’ЮООЧбр- ' (9-13)
В формулах (9-11) и (9-13) угловая скорость двига-
теля, рад/с, определяется выражением иц=пст,«л/(30р).
По найденным значениям Мдн.прд, МОбр,х и Мпр=
вРдв,Пр1’пр/ (Vnpiconp) строится с учетом момента холосто-
го хода двигателя нагрузочная диаграмма станка (рис.
9-4, а).
Для проверки предварительно выбранного двигателя
можно воспрльзоваться приближенной нагрузочной диа-
граммой электропривода, построенной исходя из следу-
ющих допущений: для упрощения расчетов задаемся иде-
ализированной тахограммой vCr—f(t) одного цикла ра-
боты привода стола (рис. 9-4,6) без учета понижения
скорости стола при врезании резца и выходе его из из-
делия; прямой ход стола производится при номинальной
мощности^ резания со скоростью Vnpi; разгон и торможе-
ние привода происходят при холостом ходе под действи-
ем (2*Т“2,2) Л4дв,В0М-
19* • ’ ' 291
В соответствен с изложенным на рис. 9-4, в приведена
нагрузочная диаграмма привода стола для случая регу-
лирования скорости изменением напряжения на якоре
двигателя, пользуясь которой можно определить экви-
валентный момент двигателя за цикл
М — пр~Ь^рев *рев ^обр.х
BRB Вг .
. *ц * »
(9-14)
где Мрев «Мт — момент двигателя при реверсе; /рев==
=/т,пр+/п,обр — время реверса привода.
Предварительно выбранный двигатель с независимой.
вентиляцией будет удовлетворять условиям нагрева, ес-
ли Мвкв^Мном. В случае регулирования угловой скоро-
сти ослаблением поля
Рис. 9-4. Нагрузочная диаграмма
привода стола продольно-строгаль-
ного станка.
двигателя нужно строить
зависимости тока двига-
теля от временя- и прове-
рять его по методу экви-
валентного тока.
Уточненная нагрузоч-
ная диаграмма может
быть построена по дан-
ным конкретной системы
управления электропри-
водом продольно-стро-
гального станка [17].
9-4. ГЛАВНЫЙ ЭЛЕКТРОПРИ-
ВОД ПРОДОЛЬНО-СТРОГАЛЬ-
НОГО СТАНКА ПО СИСТЕМЕ
Г-Д С МУ
Станкостроительные
заводы СССР выпускают
несколько моделей сред-
них и тяжелых продоль-
но-строгальных станков,
например 7231А, 7242А,
7А27Р и другие, в кото-
рых для главного приво-
да применяется двига-
тель постоянного тока
иезавнсимого возбужде-
292
яия, управляемый по системе Г—Д с ЭМУ поперечного
поля в качестве возбудителя [26]. Такая система при-
вода позволяет получить, большой диапазон регулирова-
ния скорости и необходимое время реверса.
С целью повышения надежности привода, получения
высокой жесткости механических характеристик и необ-
ходиМого быстродействия при заданном качестве пере-
ходных процессов в станках тех же моделей в последнее
"Время вместо ЭМУ стали использовать МУ с промежуточ-
ными транзисторными усилителями (в тяжелых стан-
ках). v
Рассмотрим особенности электропривода и работу
схемы управления применительно к продольнб-строгаль-
Ному-станку модели 7242Б. Станок предназначен для об-
работки изделий размером 4000X1500 мм, скорость реза-
ния регулируется от 5 до 75 м/мин, максимальное тяго-
вое усилие при скорости onp=5-j-25 м/мин равно 90 кН.
Для привода стола используются два двигателя посто-
янного тока на напряжение 110 В и мощностью по 32 кВт
каждый, соединенных последовательно и питаемых от
«одного генератора (Рном=70 кВт, t/HOM=230 В). Замена
одного двигателя полной мощности двумя двигателями
.половинной мощности уменьшает момент инерции приво-
да стола, а следовательно, и потери энергии в переход-
ных процессах, или увеличивает производительность
станка за счет повышения ускорения. Регулирование уг-
ловой скорости двигателей производится только измене-
• нием напряжения генератора в диапазоне 15': 1.
На рис. 9-5,а показана несколько упрощенная элек-
трическая схема главного привода. Обмотка возбужде-
ния генератора разделена на две части (ОВГ-I и
'ОВГ-П), включенные в плечи уравновешенного моста с
двумя балластными, резисторами /?б1 и 7?бг. В диагонали
моста включены два магнитных усилителя МУ1 и МУ2Г
((С внутренней обратной связью и выходом на постоян-
ном токе), полярность напряжения которых такая, что
Токи /МУ1 и IМУ2 в полуобмотках возбуждения вычи-
сляются, а в /?6i и /?бг складываются. Обмотки управления
магнитных усилителей включены последовгтельно-встреч-
: jib, поэтому при подаче в иих тока один усилитель под-
магничивается, а другой размагничивается. Прн этом ток
нагрузки первого усилителя будет возрастать, а второго
усилителя — снижаться (рис. 9-5,6). При перемене по-
лярности тока управления изменения токов нагрузки бу-
293
дут обратными. При отсутствии подмагничивания МУ1,-
МУ2 напряжения на их выходе будут одинаковыми, а
разность токов в нагрузке равна нулю. При полном под-
магничивании одного из магнитных усилителей, напри-
Рис. 9-5. Электрическая схема главного привода продольно-строгаль-
ного станка по системе Г—Д с МУ.
мер МУ1, и размагничивании другого (МУ?) разность
токов в нагрузке равна максимальному значению, т. е.
^bj==^b,hom И £г=£г,тсх. На обмотки управления 031 и
032 подается разность напряжений: задающего Ua, сни-
маемого с регулятора скорости PC через потенциометр
Ro, и сигнала обратной связи по скорости иол, снимае-
£94
мого с тахогенератора ТГ. Таким образом, управляю-
щее напряжение МУ, МУ2, от которого зависит ток воз-
буждения и напряженно генератора, определяется выра-
жением
Ч » = ^з~Л.с®’ <9"15)
где ^о.с=^тг/<»>тг—коэффициент обратной связи по ско-
рости, величина которого определяется диапазоном ре-
гулирования скорости и требуемой жесткостью механиче-
ских характеристик двигателя.
г»-' Из выражения (9-15) следует, что при заданной ве-
личине Ua с возрастанием нагрузки двигателей Д/ и Д2
Их угловая скорость будет снижаться, что приведет к
уменьшению напряжения С/О,с. Результирующий сигнал
^С/у=/у/?у на входе МУ1, МУ2 будет увеличиваться, что
(вызовет рост напряжения генератора и обеспечит под-
( Держание заданного значения угловой скорости двигате-
лей (рис. 9-5,в).
Ограничение тока якорной цепи при перегрузках и в
переходных режимах пуска, торможения и реверса двига-
телей производится посредством узла отсечки по току. В
этот узел входят: стабилитроны ДСЗ н ДС4-, обмотки уп-
равления магнитных усилителей ОТ1 и ОТ2, включенные
на разность напряжений: ид>„, снимаемого с обмоток до-
полнительных полюсов генератора, и С/Пр пробоя стаби-
литронов, выбираемых по условию
и.г “ (1.8 - 2.0) (9-16)
Если 6/д,п<{/лр, То стабилитроны заперты иузел огра-
- ничения тока ие действует. Когда же ток в якорной цепи
превышает значение /Отс, то C/a,n>»t/np. и по обмоткам
OTi, ОТ2 начинает проходить ток. Магнитодвижущая
сила (МДС) этих обмоток направлена навстречу МДС
задающих обмоток, поэтому разность токов в нагрузке
г’ магнитных усилителей будет уменьшаться, а это вызо-
вет снижение напряжения генератора и ограничение
дальнейшего возрастания тока в якорной цепи.
Схема управления главным приводом предусматрива-
k er автоматический и наладочный режим работы станка.
В -автоматическом режиме управление приводом осущест-
вляется в функции пути, контролируемого конечными пе-
реключателями направления хода стола (вперед, назад)
ПХВ, ПХН и скорости стола ПС1 н ПС2. Предваритель-
295
во на столе станка расставляются в нужном положении
упоры а и б, воздействующие на путевые переключатели •
(рис. 9-6,а), а рукоятками Раб. ход и Обр. ход регуля-
тора скорости PC устанавливаются в соответствии с за-
данными значениями скорости рабочего и обратного хо-
дов стола. ' -
Рис. 9-6. Схематическое расположение переключателей (а) и диа-
грамма скорости движения стола за цикл работы продольнотстрогаль-
ного станка (б).
X
Рассмотрим вначале последовательность действия
контактов.переключателей. Перед окончанием рабочего
хода упор а нажимает последовательно на выключатели
ПС1 и ПХН. При воздействии на ПС1 снижается ско-
рость стола перед выходом резца из изделия, а затем прн
воздействии на ПХН происходит реверс с прямого хода
на обратный. В начале обратного хода упор а, воздей-
ствуя на ПХН и ЛС/, возвращает их контакты в прежнее -
296
Цвложение. В конце обратного хода упор б нажимает на
/7С2 — происходит снижение скорости, а затем, при воз-
действин на ПХВ дается сигнал На реверсирование с
Poep.min на Vnp,min, при котором происходит врезание рез-
ца в изделие. Упор б в начале рабочего хода возвращает
контакты ПХВ и ПС2 в. прежнее положение.-
Перед пуском станка включается вводной автомати-
.ческий выключатель ВА, при этом подается напряжение
на силовую часть схемы и на .трансформаторы Тр1 и
Тр2 (указанные аппараты на рис. 9-5,а не показаны), ко
вторичным обмоткам которых подключены: выпрями-
тель, питающий обмотки возбуждения двигателей Д1,
Д2 и схему управления, а также магнитные усилители
МУ1, МУ2 и другие узлы схемы. Нажатием йа кнопку
КнП включается контактёр КЛ и своими главными кон-
тактами подключает асинхронный двигатель АД (на
схеме не показан) преобразовательного агрегата (Д—Г).
Рассмотрим работу схемы в автоматическом
режиме. На рис. 9-6,6 приведена диаграмма скорости
движения стола за двойной ход. Пусть работа привода
начинается в точке 0. Если рукоятка Раб. ход регулято-
ра скорости PC установлена в положение, соответствую-
щее ист >12 м/мин, то контакт переключателя ВКБ
замкнут. Путевые выключатели ПХВ и ПС2 нажаты, а
ПХН и ПС1 освобождены.
Для пуска привода нажимается кнопка КнВ. Включа-
ются контакторы КБ и КВ, реле РПВ и РП1, а также ре-
ле РЗ. Пониженное задающее напряжение +'t/3,»nin. сни-
маемое с потенциометра в данном случае не зависит
от установки рукояток регулятора скорости PC. Это на-
пряжение поступает на задающие обмотки МУ1, МУ2,
генератор Г возбуждается и двигатели разгоняются' до
угловой скорости ювр, при которой Опр=12 м/мин. Стол
станка перемещается в направлении рабочего хода, и
при пониженной скорости резец входит в изделие (точка
А на диаграмме рис. 9-6,о). Затем освобождается пере-
ключатель ПХВ, и его контакт ПХВ-2 размыкается
: (точка Б). Отключается реле РПВ и затем реле РЗ. На
задающие обмотки 031, 032 подается напряжение
-Ь^адаб, обусловленное установкой рукоятки Раб. ход
регулятора скорости. Напряжение, подводимое к якорю
двигателя, увеличивается, и его угловая скорбеть' воз-
растает до установленного значения. В процессе движе-
ния столд освобождается переключатель ПС2.
29Т
В конце рабочего хода (точка В) упор а нажимает
на рычаг переключателя скорости ПС1. Включается ре-
ле РЗ, а на вход МУ1, МУ2 снова подается напряжение
Н~1Лмп»п. Напряжение генератора уменьшается и двига-
тель тормозится до угловой скорости, соответствующей
скорости движения стола Оцр=12 м/мин. На этой скоро-
сти резец выхоДит из изделия (точка Г). Затем упор на-
жимает на переключатель ПХп. Размыкается контакт
.ПХН-1 и замыкается контакт ПХН-2. При этом отключи- .
ется контактор КВ, срабатывает реле РПН и своим за-
мыкающим контактом включает контактор КН. Вспомо-
гательный контакт КН включает реле РП2. Оно в свою
очередь размыкающим контактом разрывает цепь ка-
тушки реле РЗ. Поэтому на задающие обмотки 031 и
032 сразу подается полное напряжение —С/3>оср в соот-
ветствии с установкой рукоятки регулятора скорости
Обр. ход. Ток в обмотках управления 031, 032 быстро
умейьшается до нуля, а затем возрастает в обратном на-
правлении. Аналогичным образом будет изменяться и
напряжение генератора. Происходит реверс двигателя с
пониженной угловой скорости прямого хода сос>пр до
установленной скорости обратного хода (ос,обр (рис.
9-5, в). При движении стола в процессе разгона освобож-
даются переключатели ПХН и ПС1.
Перед окончанием обратного хода (в точке Е) замы-
кается контакт ПС2 н включается реле РЗ. Замыкающий
контакт этогохреле в цепи PC закрывается, а размыкаю-
щий — открывается, поэтому к задающим обмоткам 031
и 032 подводится пониженное напряжение —
Двигатели переходят в тормозной режим с рекуперацией
энергии в сеть через генератор, который при этом рабо-
тает двигателем, и асинхронный двигатель переходит в
генераторный режим. Последующее перемещение стола
происходит с пониженной скоростью до точки Ж, когда
упор б нажмет на переключатель ПХВ. Контакт ПХВ-1
размыкается, контакт ПХВ-2 замыкается. Отключается
контактор КН и включаются реле РВИ, а затем контак-
тор КВ, реле РП1 и РЗ. На задающие обмоткн 031 и
032 подается сигнал +Us,min. Происходит реверс приво-
да с пониженной скорости обратного хода на понижен-
ную скорость прямого Хода. В дальнейшем цикл работы
станка, повторяется. Для остановки привода нажимается
кнопка КнС2. Отключается контактор КВ (или КН),
298
t UB становится равным нулю, и двигатели быстро затор-
маживаются.
Е При работе на станке со скоростями резания меньше
г- 12 м/мин реле РЗ при рабочем ходе не действует, так как
к- размыкается контакт ВКБ и задающие сигналы 1/з,рав»
снимаемые с регулятора PC, будут определяться только
I установкой рукоятки Раб. ход.
В наладочном (толчковом) режиме
обеспечивается получение скоростей стола 5 м/мин и ме-
Е нее, устанавливаемых рукояткой регулятора скорости
I Толчок. Наладочный режим осуществляется при нажа-
• тни одной из кнопок Толч. Вп или Толч. Нз, что вызыва-
ет включение контактора КВ или КН. На вход МУ1 и
В МУ2 подается пониженное задающее напряжение, и дви-
К’ гатели будут перемещать стол в прямом или обратном
К направлении с малой скоростью. При отпускании нажа-
К' той кнопки отключается соответствующий контактор и
Е двигатели быстро останавливаются.
Схема управления электроприводом предусматривает
К аварийное торможение двигателей Д1 и Д2, которое про-
Е\ исходит при отключении блокировочного контактора КБ
Е в результате отсутствия тока в ОВД1 и ОВД2, срабаты-
вания ограничителей хода стола ВК1, ВК2 или Макси-
г мального реле РМ. С отключением контактора КБ теря-
Рз ют питание контакторы КВ или КН, и якорь генератора
g> подключается на обмотки управления ОГ1, ОГ2 магнит-
ных усилителей таким образом, что выходной ток МУ1,
МУ2 размагничивает генератор.
г В данной схеме электропривода предусмотрены: кор-
I рекция системы путем соединения якоря генератора че-
Г рез цепочку —Ск с обмотками управления ОГ1, 0Г2 и
J ограничение напряжения на задающих обмотках 031,
032 магнитных усилителей с помощью стабилитронов
Е. ДС1 И ДС2 н переходных режимах, когда имеют место
г резкие изменения напряжений U3 и t/o,c-
L Рассмотренная схема главного привода продольно-
му строгального станка отличается большой надежностью,
достаточно высоким быстродействием и обеспечивает
широкое и точное регулирование частоты вращения дви-
[' гателей. Недостатком системы Г—Д с МУ является низ-
| кий (до 25%) КПД возбудительного устройства. Пер-
I/ спективным следует считать применение возбудительных
Г устройств на тиристорах или даже Замену системы Г—Д
реверсивной системой ТП—Д.
299
•-J. ГЛАВНЫЙ ПРИВОД ПРОДОЛЬНО-СТРОГАЛЬНОГО СТАНКА ПО
СИСТЕМЕ ТП—Д С ПОДЧИНЕННЫМ РЕГУЛИРОВАНИЕМ
Наиболее перспективной7 для главного привода про-
дольно-строгальных станков в настоящее время является
замкнутая система электропривода с питанием якоря
двигателя постоянного тока от реверсивного тиристорно-
го преобразователя и с подчиненным регулированием па-
Рис. 9-7. Схема управления главным приводом продольно-строгально-
а — функционально-пршцвовальиая схема электропривода; б — регулировоч-
теля. ж
800
раметров. В подобных системах в качестве усилителей,
датчиков, задающих устройств и источников питания
применяются приборы унифицированной блочной, систе-
мы регуляторов (УБСР) [5, § 49]. В качестве примера
рассмотрим один из вариантов схемы такого привода для
‘'продольно-строгадьного станка средних размеров.
На рис. 9-7, а приведена функционально-принципи-
альная схема реверсивной системы ТП—Д с подчинен-
станка по системе ТП—Д с подчиненным регулированием.
иая характеристика преобразователя; « — статические характеристики двига-
301
ним регулированием параметров » последовательной
коррекцией. Якорь двигателя Д получает питание от ти-
ристорного преобразователя, состоящего из двух групй
вентилей ТПВ и ТИН, сочиненных по встречно-парал-
лельной мостовой схеме для работы с совместным управ-
лением группами при нелинейном согласовании регули-
ровочных Характеристик £^=/<£/уда), когда при любых
значениях t/y,nC£4,«,»ui* соблюдается соотношение
Еи,п>Еп,в (рис. 9-7,6). Преобразователь ТП подключен
к сети 380 В через токоограничивающке реакторы ТОР.
На стороне выпрямленного тока установлен сглаживаю-
щий дроссель СД. В цепи уравнительных токов включен
четырехобмоточный дроссель УД с электромагнитной
связью контуров уравнительных токов /yPi и /уРП.
Узел управления пуском, торможением и реверсом
двигателя выполнен в виде двойного задающего потен-
циометра Ro—ПЗ, получающего питание от источника
стабилизированного напряжения -|-24 В через контакты
контакторов КВ и КН.
На вход усилителя PC, являющегося регулятором
скорости, подается сигнал равный разности за-,
дающего напряжения t73,pc и напряжения обратной свя-
зи t/o.c, снимаемого с тахогенератора ТГ. На выходе PC
действует сигнал (73,рт. пропорциональный сигналу
Ubx.pc- Следовательно, усилитель PC представляет со-
бой пропорциональный регулятор (П-регу-
лятор).
Кроме основного внешнего контура регулирования
скорости в схеме имеется внутренний замкнутый контур
регулирования тока якоря двигателя 1Я. Для этого про-
порциональный току /я отрицательный сигнал сни-
маемый с шунта Ш и усиленный датчиком тока ДТ, по
цепи отрицательной обратной связи вводится на вход
второго усилителя РТ — регулятора тока* Здесь
он алгебраически суммируется с сигналом СЛ.рт, обра-
зуя результирующий сигнал £/Вх,рт. Следовательно, вы-
ходной сигнал регулятора скорости £/>ых,рс является за-
дающим сигналом для регулятора тока U3,pt. На выхо-
де РТ, который охвачен местной обратной связью в виде'
цепочки /?о.с.тСо.с.т, формируется сигнал €/УгН, поступаю-
щий на блоки фазового управления СФУ—В и СФУ—Н
тирйсторными группами ТПВ и ТПН. В выходном сиг-
нале 1/вых.рт==^у.п содержатся две составляющие, одна
из которых пропорциональна сигналу 1/бх.рт, другая —
302
интегралу ио времени от £/вх,рт» т. е. регулятор РТ —
пропорционально-интегральный (ПИ-регу-
лятор). Такой регулятор будет поддерживать значение.
; тока якоря двигателя I» в соответствии с заданием, т. е.
с сигналом йа, рт. Поэтому и говорят, что контур регули-
рования тока в данной схеме является подчиненным кон-
туру регулирования скорости, отсюда--и термин «под-
чиненное регулирование».
Для ограничения тока якоря двигателя величиной
^.ст^/я.доп выходной сигнал регулятора PC имеет огра-
ничение на уровне иСгр=Пэ,рт,тах=кт1я,ЯаВ, где kt — пе-
редаточный коэффициент цепи обратной связи по току.
Ограничение выходного напряжения регулятора PC про-
изводится с помощью стабилитронов СТ1 и СТ2, подклю-
чаемых параллельно резистору обратной связи /?с,с,с.
Пуск двигателя в рассматриваемой схеме произво-
дится подачей задающего сигнала £/3,рс с регулятора
скорости стола ПЗ нажатием кнопки Вперед (релейно-
контактная часть схемы управления приводом выпол-
нена примерно так же, как в предыдущей схеме для
системы Г—Д с МУ и здесь не рассматривается). По-
скольку сигнал t/з.рс во много раз превышает установив-
шееся значение входного сигнала £/га.рс, регулятор PC
входит в зону ограничения, н на его выходе действует
сигнал Um-p. Контур регулирования скорости как бы раз-
мыкается, а контур регулирования тока вступает в дей-
ствие, и двигатель начинает разгоняться практически при
постоянном токе якоря, равном /я,ст> По мере разгона
возрастает сигнал ио,с=кс& от тахогенератора ТГ. При
угловой скорости двигателя, близкой к заданной, регу-
лятор PC выходит из зоны ограничения, и с этого мо-
мента вступает в действие обратная связь по скорости.
Разгон Двигателя заканчивается, и он переходит в уста-
новившийся режим при угловой скорости шс>Пр и токе яко-
ря /с.пр, соответствующих нагрузке стола при прямом
ходе.
В конце прямого хода стола переключаются контак-
ты путевого выключателя ПХН (см. рис. 9-6), при этом
изменяется полярность задающего сигнала £Л>,рс, и ре-
гулятор PC входит в зону ограничения при — U0Tf. Сиг-
нал управления преобразователя С/У,п на входе обеих
СФУ уменьшается. Преобразователь ТПВ закроется, *
а ТПН будет работать в инверторном режиме при аи>
>90°. Ток якоря /я, изменив направление, станет тор-
303
мозным и благодаря действию регулятора РТ будет
поддерживаться иа уровне —7я,ст. Происходит рекупера-
тивное торможение двигателя Д и далее его разгон в на-
правлении Назад (обратный ход стола). у
При отключении контактов КВ или КН задающий
сигнал, станет равным нулю, и под действием сигнала
обратной связи Цо,<>—Ас© будет осуществляться рекупе-
ративное торможение двигателя при 1Я=—1я,<л в-зоне
больших скоростей, и по характеристике ®=/(7я), соот-
ветствующей 1/»,рс=0, прн низких скоростях (рис.-9-7, в).
В установившемся режиме работы привода сигнал на
входе РТ равен 1/В1,рт=1/3,рт—Ua,-r=0, а на выходе РТ
сигнал существует (он накоплен в процессе разгона дви-
гателя за счет интегрирующего действия регулятора) й‘
значение его таково, чтобы обеспечилась~ЭДС преобра-
зователя £ц.пр или £п,обр, необходимая для работы дви-
гателя со скоростью (Ос,пр или (Ос.овр при токе нагрузкй
7с,пр или 7с,орр.
Уравнения статических электромеханической и меха-
нической характеристик двигателя в данной системе на
участке работы регулятора скорости можно полупить из
условия равенства сигналов С/0,т=£Д.рт, или Ат7я“
==(tZs,pc—Асю)Арс, откуда находим выражения для
угловой скорости
или
«С ' «с «PC «с ЯрС
где Ас=U»,pcmax/<ihwx — коэффициент обратной связи
по скорости, В-с/рад; Ат=7А,рт.твж/7я,ст— коэффициент,
обратной связи по току, рм; Арс“ГмСАт/(47’пАс) —ко-
эффициент передачи регулятора скорости (здесь Тц=
=0,01 с—"некомпенсированная постоянная времени
контура тока); с=£я,ном/(0ном — постоянная двигателя
по ЭДС, В -с/рад, или по моменту с=/Иаом//ном, Н-м/А,
в системе СИ численно равны; Адв — коэффициент пере-
дачи двигателя. А/ (Н • м).
Жесткость характеристик двигателя на этом участке
определяется соотношением, параметров Аг, Ас, Арс и
может быть обеспечена достаточно высокой. На участке
работы регулятора тока, как отмечалось выше, 7Я'=
—/я,ст. Вид электромеханических характеристик двига-
теля при прямом и обратном ходах стола, соответствую-
щих различным значениям сигнала Ut.ec, показан на
рис. 9-7, в. ' -
804
t » Применение подчиненного регулирования на базе нс*
пользования в качестве регулятора тока и скорости эле-
ментов УБСР упрощает монтаж, наладку и эксплуата-
цию „сложных электроприводов, дает возможность удоб-
но и*эффективно корректировать переходные -процессы
к электропривода. . Аналогично реализуется подчиненное
регулирование и в других системах электропривода, на-
к.пример в системе Г—Д с тиристорным возбудителем ге-
. нератора.
9-6. ЭЛЕКТРОПРИВОД ПОДАЧИ СУППОРТОВ ПРОДОЛЬНО.
СТРОГАЛЬНЫХ СТАНКОВ
Подача суппортов продольно-строгальных станков
производится периодически, обычно при реверсировании
с обратного хода на прямой, и должна закончиться до
начала резания. Подача осуществляется механическими,
электромеханическими, электрическими или гидравличе-
скими устройствами. Привод подачи должен обеспечи-
вать регулирование подачи в диапазоне (404-80) : 1, при
этом время-наибольшей подачи не должно превышать
времени реверса стола станка (десятые доли секунды).
В современных станках для периодической подачи суп-
Рис. 9-8. Электромехани-
ческая система подачи
суппорта продольно-
строгального стайка.
20—612
305
портов находят широкое применение электромеханиче-
ские устройства с приводом от отдельного асинхронного
двигателя, который автоматически включается в соот-
ветствующий момент цикла, производит перемещений
суппорта и затем также автоматически выключается.
Прймер такого устройства показан на рис. 9-8. Дви-
гатель Д через коробку передач КП приводит в движение
суппорт станка С, а через червячную передачу 1 враща-
ет валик 2, который несет несколько дисков 3 одного диа-
метра, но имеющих различное число выступов (ши-
пов) 4. Расстояние между соседними выступами каж-
дого диска соответствует определенной подаче суппорта.
Количество дисков равно числу подач при данном пере-
даточном отношении коробки передач, которая обычно
имеет три ступени. Над дисками установлено электро-
магнитное реле 5, которое может перемещаться вдоль
оси валика 2 с помощью карелки и реечной передачи (на
схеме не показаны). Нижняя часть якоря реле имеет на-
конечник 6, а верхняя — замыкающие контакты 7. В кон-
це обратного хода стола станка одновременно получает
питание двигатель подачи суппортов Д и реле 5, якорь
которого опускается. Начинается подача суппорта, одно-
временно вращается валик 2 с дисками 3. Когда выступ
диска, находящегося под якорем, приподнимает послед-
ний, контакты реле размыкаются, двигатель родачи от-
ключается от сети и .быстро останавливается. Механизм
подачи готов к следующему циклу.
Глава десятая
ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ ФРЕЗЕРНЫХ СТАНКОВ
10-1. НАЗНАЧЕНИЕ И УСТРОЙСТВО ФРЕЗЕРНЫХ СТАНКОВ
Фрезерные станки предназначены для обработки на-
ружных и внутренних плоских и фасонных поверхностей,
прорезки прямых и винтовых канавок, нарезки резьб на-
ружных и внутренних, зубчатых колес и т. п. Характер-
ная особенность фрезерных станков — работа вращаю-
щимися многолезвийными режущими инструментами —
фрезами. На рис. 10-L показана схема фрезерования. -
Главным движением vt является вращение фрезы 2, дви-
жением подачи с'п — перемещение изделия /, Каждое из
306
Рис. 10-2. Вертикально-фрезерный станок модели 6Н13.
20*
лезвий фрезы снимает стружку в течение лишь доли обо-
рота фрезы, причем сечеиие стружки s непрерывно ме-
няется от нуля до наибольшей величины.
Фрезерные станки делятся на две основные группы:
1) станки общего назначения, к которым относятся го-
ризонтальные, вертикальные и продольно-фрезерные
станки; 2) специализированные станки — зубофрезерные,
копировально-фрезерные и др.
Вертикально-фрезерный станок показан на рис. 10-2.
Основные узлы станка: станина I, в верхней части ко-
торой расположена поворотная фрезерная головка 2,
консоль 5, несущая салазки 4, рабочий стол 3. Консоль
может передвигаться вверх и вниз по вертикальным на-
правляющим станины. По горизонтальным направляю-
щим консолн перемещаются салазки 4, а по направляю-
щим салазок — рабочий стол. Таким образом, станок
имеет трн взаимно перпендикулярных движения подачи,
осуществляемых через коробку подач 6 от встрбенного
внутри нее асинхронного двигателя. Вращение фрезе со-
общается от двигателя/ через коробку скоростей, распо-
ложенную внутри станины. Вертикально-фрезерные
станки применяются главным образом для обработки
плоскостей торцевыми фрезами, а также для фрезеро-
вания пазов, шпоночных канавок и т. п.
Горизонтально-фрезерные станки отличаются от вер-
тикально-фрезерных расположением шпинделя, ось кото-
рого устанавливается горизонтально. Эти станки приме-
няются для обработки плоскостей цилиндрическими фре-
зами, для прорезания канавок* Дисковыми фрезами, для
обработки линейных поверхностей фасонными фрезами
н т. п. ’
Обработка фрезерованием горизонтальных, верти-
кальных н наклонных поверхностей крупногабаритных
тяжелых деталей производится на, продольно-фрезерных
стайках (рис. 10-3), по внешнему виду напоминающих
продольно-строгальные. На траверсе и стойках распола-
гаются шпиндельные бабки с цилиндрическими или тор-
цевыми фрезами, осуществляющие главное (вращатель-
ное) движение в этих станках. Продольная подача сооб-
щается столу с деталью, вертикальная и поперечная —
инструменту. На продольно-фрезерных станках в
электромашиностроении обрабатывают опорные поверх-
ности лап и коробок выводов станин электрических ма-
шин.
808
Копировально-фрезерные станки предназначены для
бработки пространственно сложных поверхностей мето-
бм копирования по моделям. На этих станках изготов-
яются рабочие колеса гидротурбин, ковочные и выруб-
ые штампы, линейные и прессовые формы н др. Обра-
отка подобных изделий на универсальных' станках
фактически невозможна.
Рис. 10-3. Двухстоечный продольно-фрезерный станок.
Наибольшее распространение получили копироваль-
но-фрезерные станки с электрическим следящим управ-
лением — электрокопировальиые фрезерные - станки.
Примером может служить станок модели 6441Б
(рис. 10-4). По направляющим станины 1 передвигается
стол 2, на котором установлена стойка 3. На ее перед-
ней плоскости 4 закрепляются модель и заготовка. По не-
подвижной стойке 7 в вертикальном направлении может
двигаться траверса 8, несущая шпиндельную бабку 9,
в корпусе которой находятся двигатель шпинделя, короб-
ка скоростей и шпиндель 11 с фрезой. Шпиндельная баб-
ка перемещается вдоль оси шпинделя по направляющим
траверсы. На кронштейне 6 шпиндельной бабки установ-
лена копировальная головка 5 — копировально-
измерительный прибор. В переднюю стенку
шпиндельной бабки встроен пульт управления 10.
309
Станок имеет три движения подачи: горизонтальное—
перемещение стола, вертикальное — перемещение шпин-
дельной бабки, поперечное — перемещение шпиндельной
бабки вдоль оси шпинделя. Обработка деталей нронзво-
Рис. 10-4. Копировально-фрезерный ствиок модели 644В.
Рис. 10-5. Схема объемного
копирования.
дится пальцевыми цилиндри-
ческими или кбнусными фре-
зами, ториевыми фрезами
и др. ,
Принцип обработки копи-
рованием был рассмотрен в
§ 7-6 для токарйых станков,
т.е. для случая двумерного
копирования. Обработка объ-
емных деталей иа копироваль-
но-фрезерном станке происхо-
дит строчками — горизонталь-
ными или вертикальными
310
(рис. W-5). Модель t как бы разбивается на ряд плос-
ких Профилей. Движение spc3 копировального пальца
2 вдоль такого профиля получается как сумма движе-
ний ведущей подачи sB и следящей поперечной подачи
Sc, т. е. осуществляется двумерное копирование. После
прохода строчки совершается периодическая подача sn-
ДаЛее следует изменение направления ведущей подачи,
образование новой строчки и т.д.
10-2. ТИПЫ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ ФРЕЗЕРНЫХ СТАНКОВ
Фрезерные станки относятся к группе станков с
'главным вращательным движением. Диапазон регули-
рования угловых скоростей шпинделя составляет от 20 : 1
до 60: 1 при сохранении постоянства отдаваемой элек-
тродвигателем мощности. Изменения угловой скорости
шпинделя в процессе обработки, как правило, не требует-
ся, поэтому для фрезерных станков обычно применяется
ступенчатое регулирование скорости главного привода.
Особых требований в отношении пускового момента,
а также продолжительности 1(уска и торможения приво-
да ие предъявляется.
Для приводов главного движения фрезерных стан-
ков малых и средних размеров используются одно- или
многоскоростные асинхронные короткозамкнутые двига-
тели в сочетании с коробкой скоростей. Исполнение дви-
гателей обычно фланцевое. Привод подачи таких стан-
ков в большинстве случаев осуществляется от главного
двигателя через многоступенчатую коробку подач. Об-
щий диапазон регулирования подачи до (20—30) : 1.
В станках, на которых ие производятся зуборезные ра-
боты, для привода подачи целесообразно применять от-
дельные электродвигатели, что значительно упрощает
конструкцию станка.
Главный привод тяжелых продольно-фрезерных стан-
ков также выполняется от асинхронных двигателей с ме-
ханическим ступенчатым изменением угловой скорости
шпинделя. Для приводов подачи стола н фрезерных го-
ловок таких станков, диапазон регулирования скорости
которых достигает значений (404-60) : 1, применяются
двигатели постоянного тока, включаемые по системе
Г—Д с ЭМУ в качестве возбудителя. В настоящее вре-
мя для таких приводов используют, систему ТП—Д.
311
Вспомогательные приводы фрезерных станков: при-
воды насосов охлаждения, смазки и гидросистем, быст-
рого перемещения фрезерных головок и поперечин у про-
дольно-фрезерных станков и других — осуществляются
от отдельных асинхронных электродвигателей.
10-3. РАСЧЕТ МОЩНОСТИ ДВИГАТЕЛЕЙ ФРЕЗЕРНЫХ СТАНКОВ
Фрезерные станки общего назначения и зубофрёзер-
ные станки большей частью работают в продолжитель-
ном режиме с постоянной нагрузкой. В этом случае мощ-
ность двигателя определяется по рассчитанной,' исходя
нз технических показателей, наибольшей нагрузке, воз-
можной для данного станка. <
Нормативная скорость резания, м/мин, при фрезеро-
. вании определяется по формуле
о, --------t (10-1)
где Со — коэффициент, зависящий от обрабатываемого
материала, типа фрезы (цилиндрическая, торцевая
и т. д.) и вида обработки (черновая или чистовая); d—
диаметр фрезы, мм; г — число зубьев фрезы; s — подача
на зуб фрезы, мм; t — глубина фрезерования (толщина
слоя мет’алла, снимаемого за один проход), мм; В — ши-
рина фрезерования, мм; Т — стойкость фрезы, принимае-
мая обычно для цилиндрических, торцевых, дисковых и
фасонных фрез при обработке стали и ковкого чугуна
равной 180Г мин, при обработке серого чугуна 240 мин.
Усилие резания или окружное усилие при фрезерова-
нии, Н, рассчитывается по формуле
r2=9,81CFtXF^pz^. (10-2)
Значения показателей степени и коэффициентов в
уравнениях (10-1) и (10-2) берутся из справочника по
режимам резания. Подача для цилиндрических фрез при
черновом (грубом) фрезеровании на мощных станках со-
ставляет s=0,02ч-0,6 мм на зуб. При чистовом фрезе-
ровании подача снижается до 0,02—0,08 мм на зуб. Глу-
бина фрезерования t может доходить до 15 мм.
При известных значениях усилия и скорости резания
мощность резания, кВт, можно определить по формуле
= Fxvx/(60-I03). (10-3)
312
Мощность на валу главного электродвигателя, соот-
ветствующая мощности резания, определяется с учетом
потерь в механических передачах станка по- формуле
Рдв “ ?г.ном/Ч^.ном» (Ю-4)
где /’г.нам — наибольшая возможная (номинальная)
мощность резания;
Лст,вом — КПД станка при номинальной нагрузке
(обычно составляет 0,75—0,8).
. По найденному значению Рдв выбирается двигатель
равной или несколько большей мощности на соответст-
вующую номинальную частоту вращения. •
При механическом приводе Подачи от главного дви-
гателя через коробку подач мощность этого двигателя
должна быть примерно на 5% больше мощности, необ-
ходимой для Депи главного движения.
Машинное время, мнн, за один проход фрезы при цик-
лическом фрезеровании определяется по формуле
<м=(/+/0 + у)/5м. (10-5)
где I — длина фрезерования, мм; /о — длина врезания,
мм; у — перебег фрезы, мм; sM — минутная подача (ско-
рость подачи), мм/мин.
Длина врезания определяется по формуле
/0==]Л(4 —/), (Ю-б)
где t — глубина резания, мм; d — диаметр фрезы, мм.
Представляет собой интерес расчет мощности двига-
теля подачи стола тяжелых продольно-фрезерных стан-
ков, диапазон регулирования скорости рабочих подач ко-
торых равен £Раб=(30-а-200) : 1-, а быстрые перемещения
в 1,5—4,2 раза больше ораб,п- Кинематическая схема при-
вода стола оказывается наиболее простой при условии,
что весь диапазон подач (от минимальной рабочей, до
ускоренного перемещения) обеспечивается за счет регу-
лирования угловой скорости двигателя. При этом мощ-
ность двигателя, кВт, в случае регулирования угловой
скорости только изменением Un определяется: наиболь-
шим тяговым усилием на сТоле Fi,max, наибольшей ско-
ростью быстрого перемещения t'c.nep и потерями в переда-
че (т]п). Расчетная формула имеет вид:
Р — т-тах IO"
А».₽а« 6ОТ]П
(10-7)
313
Технические данные основных моделей продольно-
фрезерных станков [17] показывают, что в диапазоне
рабочих подач требуется регулирование скорости при
Ft, max, а при быстрых перемещениях стола требуемое тя-
говое усилие уменьшается в 1,5—2 раза. Двигатель, вы-
бранный по (10-7), не используется по мощности во всем
диапазоне регулирований.
Для наиболее полного использования электроприво-
да угловую скорость двигателя постоянного тока неза-
висимого возбуждения в зоне рабочих подач следует ре-
гулировать изменением ия, и при быстрых перемещени-
ях — изменением ФВОЭб, ъ е. следует применять двухзон-
ное регулирование скорости привода.
Практически не всегда удается обеспечить совпадение
необходимых диапазонов регулирования скорости поДа-
чн стола с регулировочными возможностями двигателей,
так как обычно £>Ф,допС^с.пер стола и приходится при-
менять регулирование угловой скорости двигателя изме-
нением напряжения на якоре на том участке диапазона
регулирований, где Ft<.Ft.max, т. е. несколько завышать
установленную мощность двигателя.
Пример 10-1. Определить мощность двигателя и выбрать тири-
сторный преобразователь для привода подачи стола продольно-фре-
зерного Ставка. Тяговое усилие на столе прн рабочих подачах
Fr.mOx=51 500 Н, диапазон рабочих подач стола пот,т1П/Ост,рао=
=23,5/950 мм/мии: тиговое усилие при быстром перемещении стола
со скоростью Об,пер =3000 мм/мин равно FT,e,nepe28 300 Н; радиус,
приведении от рейки стола к двигателю, р=1,33 мм/об, КПД пере-
дачи Tjn—0,24.
Решение. Расчетные значения мощности н частоты вращения
двигателя при однозонном регулировании
р Ft,max V6,пер )П_з 51 500-3,0 .
Рдв1Р.сч- 60|1п -10 - 60.0(24 -10,8 кВт,
Вдв расч?— пер/p = 3000/1,33 = 2255 об/мин.
В этом случае следует применить закрытый двигатель с естест-
~ венным охлаждением типа ПБСТ-63: Ряом=Н кВт, пИОм=
=2200 об/мин, £/Вш=220 В, /Вом=54 А, Птав=3600 об/мин,
Л1момя47 Н-м.
При двухзоином регулировании скорости приводов с двигателя-
ми новой серии 2ПБ, которые допускают изменение частоты враще-
ния ослаблением потока а диапазоне до (3—3,5): 1, расчетные зна-
чения мощности и частоты вращения при ^ф,дс,п“3:1 будут равны:
„ Ft,max °ст.расч з 51500-1,0
Рдв.расч- -Ю = ,0>24
= 3,6 кВт;
314
Лдв.расч = ^ст.расч/p “ 1000/1*33 = 751 об/мян*
ГДв Ост^расч 53 Рб»пер/^ф>доп s 2000/3“ 1000 об/МИН.
Выбираем двигатель типа 2ПБ-180 L:PBom==4»2 кВт, L/hom—
»220 В, Лаом^УБО об/МИН, /иом31 22,2 А, Мяом=53,3 Н-м, tynax13
«2500 об/мин. Для питания двигателя можно использобать трех-*
фазные реверсивные тиристорные преобразователи серин ЭТЗР: для
первого двигателя — типа ЭТЗР12-25/220 с трансформатором ТТ-25,
для второго — типа ЭТЗР14-11/22О с трансформатором ТТ-14.
10-4. ЭЛЕКТРОПРИВОД И СХЕМА УПРАВЛЕНИЯ ВЕРТИКАЛЬНО-
ФРЕЗЕРНОГО СТАНКА
Вертикально- и горизонтально-фрезерные станки раз-
ных моделей имеют ряд однотипных узлов и сходные схе-
мы управления электроприводами. В качестве примера
рассмотрим электрооборудование вертикально-фрезер-
ного стайка модели 654.
Шпиндель станка получает вращение от асинхронно-
го двигателя мощностью 13 кВт при 141 рад/с через ко-
робку скоростей, которая дает 18 ступеней угловой ско-
рости (от 2,5 до 125 рад/с). Переключение скоростей
производится вручную. Продольное и поперечное пере-
мещения стола (в диапазоне регулирования скоростей
подачи от 10 до 1000 мм/мин) и вертикальное переме-
щение шпиндельной бабки (в диапазоне регулирования
от 4 до 400 мм/мин) осуществляются от двигателя по-
стоянного тока через коробку подач при бесступенчатом
электрическом регулировании угловой скорости в диа-
пазоне 10: I. Электромеханическое регулирование ско-
рости обеспечивает рабочие подачи и быстрые перемеще-
ния стола и шпиндельной бабки станка. Изменение
направления движения осуществляется электромагнит-
ными муфтами, которые смонтированы внутри корпуса
коробки подач. Электромагнитные муфты обеспечивают
как независимое включение всех трех перемещений, так
и их одновременное действие.
Электрическая схема управления электроприводами
станка, обеспечивающая наладочный и рабочий режимы,
Приведена на рис. 10-6. Направление вращения шпинде-
ля задается переключателем ВП. Пуск двигателя шпин-
деля ДШ для продолжительной работы производится на-
жатием кнопки К.Н.П1, при этом включаются контактор.
КШ и реле РП1. Для быстрой остановки двигателя
шпинделя следует нажать кнопку КнС1 и удерживать ее
в течение 1,5—2 с. При этом отключается контактор КШ
315
и включается контактор КТ, обмотка статора присоеди-
няется-к выпрямителю Вп1 и происходит динамическое
торможение двигателя. С отпусканием кнопки КнС1 кон-
тактёр КТ 'отключается, и схема приходит в исходное со-
.стояние. . ' . _
Наладочный .режим, предназначенный для проверки,
правильности установки обрабатываемых изделий и ин-
струмента, а также для опробования отдельных узлов
стайка, может быть осуществлен кратковременным на-
жатием кнопки Кн «Толчок». Двигатель ДЩ в этом
случае будет работать в течение времени воздействия на
кнопку.
- Для движений подач применен комплектный привод
типа ПМУ6М. Пуск двигатели подачи ДП производится
нажатием кнопки КнП2 и возможен только после вклю-
чения привода шпинделя и автоматического выключате-
ля ВА2. Якорь двигателя ДП питается., от трехфазного
силового магнитного усилителя МУ, рабочие обмотки а>р
которого включены через диоды Д1—Д6. Угловая ско-
рость двигателя ДП регулируется от 15 до 150 рад/с из-
менением напряжения, подводимого к якорю, и от 150
до 300 рад/с — ослаблением магнитного потока. Напря-
жение управления Uy, поступающее на обмотки управ-
ления wy магнитного усилителя и определяющее угловую
скорость двигателя в рабочем диапазоне, равно алгеб-
раической сумме напряжений: задающего U3, снимаемо-
го' с регулятора — потенциометра PC; сигнала отрица-
тельной обратной связи по напряжению Uo,n на зажимах
якоря и сигнала положительной обратной связи по току
Un,t, получаемого с помощью трансформатора тока ТТ и
выпрямителя Вп2.
Ограничение тока якорной цепи.при .пуске двигателя
подачи выполняется с помощью реле РМ. При включе-
нии контакторе КП по обмоткам управления wy прохо-.
днт ток /у, больший номинального тока, управления
/улоь, магнитный усилитель «открывается» и пусковой
ток двигателя возрастает до /Я«2/Ном; реле РМ сраба-
тывает и размыкающим контактом отключает задающее
напряжение с обмоток wy. При этом напряжение на вы-
ходе магнитного усилителя снижается, а ток якоря
уменвшается до значения, при котором реле РМ отклю-
чается и замыкает свой контакт. Обмотка wy вновь под-
ключается к напряжению U3, ток якоря двигателя воз-
растает; РМ снова срабатывает и т. Д. Таким образом,
317
реле РМ будет работать в вибрационном режиме до
окончания пуска двигатели ДП, когда /яж/с-
Для выполнения быстрого установочного перемеще-
ния стола или шпиндельной бабки станка необходимо
нажать кнопку Кн «Быстро». При этом включается реле
РЦ2, и на обмотки ш, независимо от положения движ-
ка регулятора PC подается максимальное напряжение
U».max. Двцгатель разгоняется, и при угловой скорости,
близкой к номинальной, включается реле РШ, в цепь
обмотки возбуждения вводится добавочное сопротивле-
ние, ток возбуждения уменьшается, и двигатель доразго-
няется до максимальной скорости (300 рад/с). Быстрое
перемещение длится столько времени, сколько будет на-
ходиться в нажатом состоянии кнопка Кн «Быстро».
Кроме главного двигателя ДШ и двигателя подачи
ДП станок имеет еще два небольших короткозамкнутых
двигателя (на схеме не показаны) для насосов смазки
и охлаждения, а также узел схемы, посредством которо-
го осуществляются переключения электромагнитных
Муфт механизмов подачи стола и шпиндельной бабки.
Защита двигателей шпинделя, насосов смазки и охлаж-
дения от длительных перегрузок осуществляется тепло-
вым реле — соответственно РТ1, РТС, РТО.
10-S. ОСОБЕННОСТИ ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ
КОПИРОВАЛЬНО-ФРЕЗЕРНЫХ СТАНКОВ
Копировальные станки применяются для обработки
деталей с пространственно-сложными поверхностями
(например, пресс-формы, штампы, кулачки для различ-
ных станков, автоматов и т. п.). Обработка деталей на
копировальных станках производится по заранее заго-
товленным моделям или шаблонам. Корпус копироваль-
ного прибора жестко связан со шпиндельной бабкой.
В процессе копирования по поверхности модели движет-
ся копировальный палец, форма которого должна точно
соответствовать режущему инструменту. Перемещения ко-
пировального пальца передаются инструменту через
промежуточную систему управления. В связи с этим
различают два вида копирования: 1) с непосредствен-
ным механическим управлением и 2) со следящим управ-
лением [17].
В копировально-фрезерных станках широкое приме-
нение нашли системы электрического копирования, кото-
рые можно разделить на:
1) системы прерывистого релейного
управления с контактным копировально-измери-
тельным прибором. (электроконтактной копировальной
головкой), который управляет электромагнитными муф-
тами подач. В качестве двигателей подач используются
как асинхронные короткозамкнутые двигатели, так и
двигатели постоянного тока. Регулирование скорости по-
Рис. 10-7. Бесконтактная индуктивная копировальная головка.
дач в первом случае чисто механическое ступенчатое, во
втором — комбинированное электромеханическое. Прин-
цип работы такого рода систем и устройство контактной
копировальной головки были рассмотрены в § 7-6 для
токарно-копировального станка. Электрокопировальные
системы прерывистого управления благодаря их просто-
те и надежности получили большое распространение в
копировальных устройствах, устанавливаемых на уни-
версальных фрезерных станках;
2) ристемы непрерывного управления с
бесконтактной индуктивной копировальной головкой и
бесступенчатым регулированием скорости подач. В стан-
ках с таким управлением приводы подач выполнены от
двигателей постоянного тока, включенных по системе
ЭМУ-Д или ТП-Д.
319
На рис. 10-7,а схематически показано устройство бе-
сконтактной копировальной головки (КГ). Копироваль-
ный палец 8 расположен на шпинделе 9, который связан
с корпусом головки шаровым шарниром 10. Шпиндель
через шарик 11 упирается во втулку 12, закрепленную на
Ёычаге 13. На конце рычага установлен якорь 1, помещен-
ий между сердечниками 2 и 3 дифференциального транс- -
форматора. Магнитная система этого трансформатора
состоит из двух Ш-образных сердечников, На средних^
стержнях которых уложены обмотки. Первичные обмот-
ки 4 и 7 соединены последовательно-согласно и вклю-
чены в сеть переменного тока (рис. 10-7,6); Вторичные
отмотки 5 и 6 включены последовательно-встречно, и воз-
никающие в них ЭДС направлены в противоположные
стороны.
. Когда нажатие на палец 8 такое, что якорь 1 нахо-
|. * дится в среднем положении, магнитные потоки в сердеч-
никах 2 и 3 будут одинаковы,' ЭДС вторичных обмоток
равны, и напряжение на выходе отсутствует. Это состоя-
- ние КГ отвечает случаю точного согласования положений
копировального пальца 8 и фрезы 14 (рис. 10-7в).
При увеличении нажатия на палец, т.е. при появле-
нии рассогласования —б (рис. 10-7,г), якорь 1 переме-
щается к сердечнику 2, поток в котором возрастает, а
поток в. сердечнике 3 уменьшается. При ослаблении на-
жатия на палец, т.е. при рассогласовании +6 (рис. 10-7,
д), якорь 1 смещается ближе к сердечнику 3, что вызыва-
ет'увеличение потока в эуом сердечнике и уменьшение
потока в сердечнике 2. Таким образом, на выходе транс-
форматора появляется напряжение Uy, амплитуда и фа-
за которого зависят от значения и знака рассогласова-
ния б.'
К станкам с непрерывным управлением относится
копировально-фрезерный полуавтомат модели 6441Б
(см. рис. 10-4), на которое производится обработка как
объемных поверхностей, так и плоских контуров. Копиро-
вание выполняется по моделям или шаблонам, выпол-
ненным в Масштабе 1:1 из металла, дерева, гипса и т. п.
Принципиальная *электрическая схема станка приве-
дена на рис. 10-8. Шпиндель станка приводится во вра-
, щение от двухскоростного асинхронного двигателя ДШ
мощностью 2,6 кВт при 1430/2850 об/мин. Частота вра-
щения шпийделй регулируется ступенчато электромеха-
ническим путем в диапазоне от 75 до 850 об/мии. Привод
320 ’ - J
i
> -всех трех подач станка (горизонтальной, вертикальной
н поперечной) выполнен от отдельных регулируемых
двигателей постоянного тока (соответственно ДГП, ДВП
и ДПП) по системе ЭМУ-Д. Мощность каждого двига-
теля подачи равна 0,37 кВт при 1000 об/мин. В качестве
генераторов для питания двигателей подач используются
Рис. 10-8. Схема управления электроприводами копировально-фрезер-
ного стайка 644Б.
два электромашинных усилителя поперечного поля ЭМУ1
| и ЭМУ2 (0,5 кВт, ПО В) и генератор постоянного тока
ГУ. Скорости подач регулируются плавно в диапазоне от
25 до 315 мм/мин.
Рассмотрим работу системы управления при обработ-
ке объемных изделий горизонтальными строчками. Ве-
дущую подачу «в осуществляет двигатель ДГП, подклю-
ченный к электромашинному усилителю ЭМУ2. Следя-
щая подача sc обеспечивается двигателем ДПП, кото-
рый подключен к электромашинному усилителю ЭМУ1,
периодическая подача sn — двигателем ДВП, получаю-
щим питание от генератора ГУ.
Напряжение Uy с выхода трансформатора КГ (см.
рис. 10-7,6) подается на входной электронный усилитель
I 21т-€12 321
ВУ системы следящего управления двигателями подач.
Усилитель ВУ преобразует напряжение Uv в три напря-'
жения: Ui=k^ — пропорциональное значению и знаку
рассогласования; — пропорциональное ско-
рости изменения рассогласования; £/3=А3 j вЛ—пропор-
циональное интегралу по времени от рассогласования.
Эти напряжения по каналам 1—3 поступают на вход уси-
лителя следящей подачи У СП.
В усилителе УСП все три напряжения суммируются и
результирующее напряжение подается на обмотки управ-
ления 1-ОУ1 и 2-ОУ1 электромашииного усилителя ЭМУ1,
которые включены встречно. Электродвижущая сила
ЭМУ1 будет изменяться по значению и по направлению в
зависимости от значения и знака выходного напряжения
УСП, и двигатель ДПП будет перемещать шпиндельную
бабку к изделию или от него, устраняя рассогласование.
Для управления ведущей подачей используются те
же три напряжения 4Д, U3 и что н для следящей пода-
чи. С выхода усилителя ВУ они по каналам Г—3' посту-
пают в блок связи БС. В этот блок, кроме того, по каналу
6 подается напряжение Ua> которое определяет заданную
максимальную скорость подачи, выбираемую по техно-
логическим условиям обработки. От блока БС результи-
рующее напряжение по каналу 7 подводится к электрон-
ному усилителю ведущей подачи УВП, выход которого
через реверсивный контактный мостик подключен к об-
мотке управления ОУ2 электромашииного усилителя
ЭМУ2. В процессе копирования в пределах горизонталь-
ной строчки угловая скорость двигателя ДГП, а следо-
вательно, и подача зв меняются только по значению, со-
храняя неизменным свое направление.
Узлы управления следящей и ведущей подачами ,
работают взаимосвязанно. При изменении скорости сле-
дящей подачи (скорость ведущей подачи изменяется так,
чтобы результирующая скорость движения вдоль про-
филя сохранялась неизменной и равной заданной.
Использование в системе кроме управления в функ-
ции рассогласования еще управления по скорости изме-
нения рассогласования (дифференциального управления)
и управления в функции времени рассогласования (ин- /
тегрального управления) позволяет системе быстрее ре-
агировать на всякое изменение наклона профиля щабло- “
на. Такой способ унравления значительно повышает точ-
ность и качество обработки.
322
В конце прохода горизонтальной строчки от упора
- срабатывает путевой переключатель (на схеме не по-
казан), отключается двигатель ведущей подачи ДГП пос-
£ .редством отключения реле РВ (PH), включается двига-
тель вертикальной подачи ДВП (замыкается контакт
КЛ), и совершается периодическая подача so. Ее значе-
ние устанавливается специальным реле времени, контро-
лирующим продолжительность включения двигателя
ДВП. После отработки периодической подачи опять
включается посредством реле PH (РВ) — ведущая по-
дача, но уже в противоположном направлении и т.д.
Для работы вертикальными строчками с периодиче-
ской горизонтальной подачей в схеме управления станка
предварительно производятся соответствующие переклю-
чения: двигатель ДВП присоединяется к электромашин-
иому усилителю ЭМУ2, а двигатель ДГП — к генератору
ГУ. При отработке плоских контуров по шаблону следя-
щая и ведущая подачи осуществляются двигателями
ДГП и ДВП, подключаемыми к электромашинным уси-
лителям.
Г лава одиннадцатая
ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ ШЛИФОВАЛЬНЫХ
СТАНКОВ
11-1. НАЗНАЧЕНИЕ И УСТРОЙСТВО ШЛИФОВАЛЬНЫХ СТАНКОВ
Шлифовальные станки применяются для чистовой
обработки деталей шлифовальными абразивными круга- •'
ми, снимающими с поверхности детали тонкий слой ме-
талла. На шлифовальных станках можно обрабатывать
плоские, цилиндрические наружные и внутренние поверх-
ности, шлифовать зубья шестерен, затачивать различные
инструменты и т.д. Шлифовальные станки получили ши-
рокое распространение во всех отраслях промышлен-
ности в качестве станков общего и специального назна-
чения.
Станкв общего назначения делятся на следующие
основные типы: а) круглошлифовальные; б) внутришли-
фовальные; в) плоскошлифовальные; г) бесцентровые
кругло- и внутришлифовальные. Специализированные
шлифовальные станки предназначаются для получения
21*
323
1
Рис. 11-1. Общий вид круглошлифовального станка модели 3151.
весьма чистых (гладких) поверхностей—доводочные,
». отделочные станки и другие, либо для выполнения
определенных операций над различными деталями —
резьбошлифовальные, шлицешлифовальные и др.
L С внедрением в практику новых методов получения
заготовок с малыми припусками (ковка в Штампах,
литье в формы под давлением и др.) появилась возмож-
ность обрабатывать такие заготовки сразу шлифованием,
минуя обработку на других металлорежущих станках.
Поэтому шлифовальные станки со временем могут ока-
заться преобладающими среди других металлорежущих
станков.
Круглошлифовальные станки предназначены для
«. шлифования цилиндрических поверхностей тел враще-
ния, пологих конических и торцевых поверхностей. В
электромашиностроении на таких станках шлифуют валы
электродвигателей. На рис. 11-1 изображен круглошли-
фовальный станок, основными узлами которого являют-
ся: станина /; рабочий стол 2 с размещенными иа нем
передней 3 и задней 5 бабками; шлифовальная бабка 4,
на шпинделе которой закрепляется шлифовальный круг
6. Обрабатываемая деталь устанавливается в центрах
задней и передней бабки и закрепляется в патроне перед-
ней бабки. Патрон получает вращение от электродвига-
теля через плоскоременную передачу. Шлифовальный
круг приводится во вращение от главного двигателя 7
через клиноремениую передачу.
На рис. 11-2,а изображена схема процесса наружного
шлифования на круглошлифовальиом станке. Шлифо-
, вальиый круг 2 и обрабатываемая деталь 1 вращаются
в разные стороны. Вращение детали создает круговую
подачу «и, вращение шлифовального круга — главное
движение — скорость резания vK. Для обработки детали
по длине, если она превышает ширину круга, стол станка
установленной на нем деталью совершает возвратно-
поступательное движение (создает продольную подачу
si). Шлифовальный круг совершает поперечное периоди-
ческое перемещение относительно детали — поперечную
подачу s3 (подачу на глубину резания).
В тяжелых круглошлифовальных станках при боль-
ших размерах обрабатываемых деталей продольное пе-
ремещение совершает шлифовальная бабка с кругом, а
стол с деталью, закрепленной в передней н задней баб-
ках, остается неподвижным.
325
Вкутршилифовальиые станка предназначены длв шли-
фования внутренних цилиндрических, конических и дру-
гих поверхностей тел вращения (рнс. 11-2,6). Обычно у
таких станков обрабатываемая деталь вращается вокруг
оси шлифуемого отверстия, осуществляя круговую пода-
иу Шлифовальный круг вращается вокруг своей оси,
Рис. 11-2. Схемы движений в шлифовальных станках.
создавая скорость резания ок. Продольная подача sj по-
лучается за счет возвратно-поступательного движения
шлифовального круга или детали. Поперечная подача Sj
производится путем периодического поперечного переме-
щения шлифовальной бабки в конце каждого прохода
поверхности обрабатываемой детали.
Плоскошлифовальные станки предназначаются для
обработки наружных поверхностей плоских деталей. По
форме стола, на котором закрепляются шлифуемые из-
делия, эти станки подразделяются на станки с прямо-
угольным и круглым столами, а по расположению шли-
фовального круга — на станки с горизонтальным « вер-
тикальным шпинделем.
На рис. 11-3 показан общий вид плоскошляфовально-
го станка с прямоугольным столом. Его основные узлы»
326
станина /. стойка 2, шлифовальная бабка 3, рабочий стол
4. Дисковый абразивный круг 5 укрепляется на конце
шпинделя шлифовальной бабки. Шлифуемая деталь в
зависимости от ее формы, размера и материала закреп-
ляется непосредственно на столе станка, либо на специ-
альной магйитной плите, устанавливаемой на столе.
Рис. 11-3. Общий вид плоскошлифовальпого станка с прямоугольным
столом.
В плоскошлифовальных станках, кроме главного дви-
жения— вращения круга, различают следующие виды
движений:
а) В станках с прямоугольным стоком и при обработг
ке деталей периферией круга (см. рис. 11-2, в) стол с де-
талью совершает возвратно-поступательное движение
подачи Он. шлифовальная бабка (или стол) — периоди-
ческое перемещение S| на величину, несколько меньшую
ширины круга, после каждого хода стола, а круг полу-
чает вертикальное перемещение — подачу з2 на глубину
резания — после очередной обработки всей плоскости
шлифования.
б) В станках с круглым столом йри обработке дета-
лей торцом круга (см. рис. 11-2, г) столу сообщается
движение круговой подачи а кругу — вертикальное
периодическое перемещение s0.
•
11-2. ТИПЫ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ ШЛИФОВАЛЬНЫХ СТАНКОВ
Шлифовальные станки относятся к точным станкам*
поэтому конструкции их отдельных узлов и кинематиче-
ские передачи должны быть максимально просты, что
достигается широким примеиеиием .индивидуального
привода. В шлифовальных станках различают следую-
щие виды электроприводов: главный привод (вращение
шлифовального круга), привод вращения изделия, при-
вод подачи, вспомогательные приводы и специальные
электромеханические устройства.
В шлифовальных станках малых и средних размеров
при мощности главного привода до 10 кВт враще-
ние круга обычно осуществляется от одиоскорост-
ных асинхронных короткозамкнутых двигателей. На
круглошлифовальных станках при значительных разме-
рах шлифовальных кругов (диаметр до 1000 мм, шири-
на до 700 мм), применяют понижающие ременные пере-
дачи от двигателя к шпинделю и электрическое торможе-
ние привода для уменьшения времени остановки.
На внутришлифовальных станках обработка ведется
кругами небольших размеров, поэтому в них применяют
ускоряющие передачи от двигателя к шпинделю или ис-
пользуют специальные высокоскоростные асинхронные
двигатели, встраиваемые в корпус шлифовальной бабки.
Устройство, в котором короткозамкнутый двигатель и
шлифовальный шпиндель конструктивно объединены в
один узел, называют электрошпинделем. Часто-
ты вращения таких двигателей 24 000—48 000 об/мин, а
при малых диаметрах шлифовальных кругов (до 5—7 мм)
доходят до 150 000—250 000 об/мин’
Статор.двигателя электрошпинделя (рис. 11-4) наби-
рается из листов электротехнической стали, в его пазах
располагается двухполюсная обмотка, а ротор выполня-
ется типа беличьей клетки либо в виде массивного сталь-
ного цилиндра. Двигатели электрошпинделей питаются
от специальных индукционных генераторов повышенной
частоты типа ГИС (fr=300-=-2000 Гц) или от статических
преобразователей частоты на тиристорах.
328
При работе шлифовальный круг постепенно изнаши-
вается и диаметр его DK уменьшается, что вызывает
уменьшения скорости резания, так как vK—nDKn.J (60 X
XI000), м/с. Для получения хорошего качества шлифуе-
мой поверхности и повышения производительности стан-
ка необходимо поддерживать скорость резания при из-
Рис. 1Ь4. Электрошпиндсль типа Ш 24/2,2 горизонтального испол-
нения.
носе круга постоянной. С этой целью в крупных шлифо-
вальных станках устанавливают двигатели постоянного
тока с независимым возбуждением, угловая скорость ко-
торых регулируется изменением потока возбуждения в
диапазоне (24-3) : I. Питание таких двигателей осуще-
ствляется от полупроводниковых выпрямителей.
Для вращения обрабатываемого изделия на внутри-
шлифовальных станках применяют асинхронные коротко-
замкнутые двигатели одно- или многоскоростные. На тя-
желых круглошлифовальиых станках привод вращения
изделия выполняется по системе Г—Д с диапазоном ре-
гулирования скорости от (84-10) : 1 до (204-25) : 1 н бо-
лее. Получили распространение приводы с тиристорны-
ми преобразователями переменного тока в постоянный, а
также приводы с магнитными усилителями типа ПМУ на
мощности 0,1—8 кВт. Особенностью нагрузки привода
вращения изделия таких станков является большой мо-
мент сопротивления прн пуске (до 2МНом).
Подача (возвратно-поступательное движение стола,
продольное и поперечное перемещение шлифовальной
бабки) иа шлифовальных станках небольших размеров
производится от гидропривода. Приводы подач тяжелых
плоско- и круглошлифовальных станков выполняются от
329
двигателя постоянного тока по системе ЭМУ—Д,
ПМУ—Д или ТП—Д с диапазоном регулирования до
(40 :-50):1. Иногда для приводов продольных подач ис-
пользуют многоскоростиые асинхронные двигатели с
многоступенчатой коробкой подач. Однако такой привод
применяют редко, так как он не дает возможности плав-
ного регулирования и не обеспечивает постоянства за-
данной скорости (допустимая погрешность до 5%). Для
вращения круглого стола плоскошлифовальных станков
часто применяют асинхронные короткозамкнутые двига-
тели.
Для вспомогательных приводов шлифовальных стан-
ков (приводы насосов смазки и охлаждения, насосов
гидропривода, быстрого перемещения шлифовальной баб-
ки и др.) также применяются асинхронные короткозамк-
нутые двигатели.
11-3. РАСЧЕТ МОЩНОСТИ ДВИГАТЕЛЯ ГЛАВНОГО ПРИВОДА
ШЛИФОВАЛЬНЫХ СТАНКОВ
Во всех шлифовальных станках главным движением
является вращение шлифовального круга. Скорость ре-
зания Ок определяется окружной скоростью круга и обыч-
но лежит в пределах от 30 до 50 м/с, но в некоторых
случаях достигает 75 м/с. Толщина снимаемого слоя ме-
талла при таких скоростях резания незначительна.
Мощность резания, кВт, определяется по фор-
мулам:
при шлифовании периферией круга
P^C^t'qd', (11-1)
при шлифовании торцом круга
Р.^СрЫ'В*, (11-2)
Где СР — коэффициент, характеризующий материал из-
делия и твердость круга; оя — окружная скорость дета-
ли или скорость движения стола, м/мин; t — глубина
шлифования, мм; st — подача в направлении оси шли-
фовального круга (продольная или поперечная) в мил-
лиметрах на один оборот детали или в долях ширины
круга на одни двойной ход стола (см. рис. 11-2); d —
диаметр шлифования, мм; В — ширина шлифова-
ния, мм.
330
Значения коэффициентов н показателей степени в
формулах (11-1) и (11-2) приводятся в технологических
Е-справочниках. Скорость рв, глубину шлифования t и
^продольную подачу st выбирают в зависимости от вида
г шлифования.
После определения мощности резания при черновом
Р?\ и чистовом Рл шлифовании и расчета соответствую-
щего машинного времени ZMi и /м2 Для обоих видов об-
работки подсчитывают вспомогательное время 2/о и с
j.'? учетом потерь в передачах строят нагрузочную диаграм-
му му шлифовального станка. Затем определяют эквива-
*уЛеитную мощность двигателя по формуле, кВт:
_ 1/ /II Ч
• ’ /щ + /М1 + Ete
Номинальную мощность двигателя, работающего в
й: продолжительном режиме, выбирают по каталогу из
условия РНом>Р«,с на частоту вращения пНсм«
Я- 60Ок1'п/л^к.
11-4. СПЕЦИАЛЬНОЕ ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ ШЛИФОВАЛЬНЫХ
СТАНКОВ
На плоскошлифовальных станках для быстрого и на-
h дежного закрепления обрабатываемых деталей из стали
к и чугуна нашли широкое применение электромаг-
/ нитные плиты и вращающиеся электро-
магнитные столы. Удержание деталей на таких
плитах и столах в процессе обработки производится си-
лами магнитного поля, создаваемого чаще всего с по-
мощью электромагнитов. Удельное тяговое усилие у со-
временных электромагнитных плит составляет обычно
20—130 Н/см2.
На рис. 11-5 схематически показано устройство элект-
ромагнитной плиты для плоскошлифовальиого станка с
прямоугольным столом. На плите 1 из малоуглеродистой
стали располагаются сердечники 2 с надетыми на них
катушками 3, которые соединяются последовательно и
подключаются к источнику постоянного тока. Плита 1
помещается в коробчатый корпус 4 из диамагнитного
материала. Этот корпус закрепляется на столе станка.
Сверху в корпус вставляется вторая стальная плита 5,
имеющая поперечные вырезы с немагнитными (напри-
331
мер. латунными) прокладками 6. Если на такую плиту
установить деталь 7 и пропустить ток через катушки, то
возникающее магнитное поле будет надежно притяги-
вать шлифуемые изделия к плите. Перед снятием обра-
ботанных деталей с плиты катушки электромагнита
отключаются от источника питания и замыкаются иа
Рис. 11-5. Электромагнитная плита для плоскошлифовального станка.
разрядное сопротивление, магнитное поле исчезает, и
детали освобождаются.
Плоскошлифовальные станки с круглым столом обыч-
но выполняются в виде полуавтоматов или автоматов с
непрерывной обработкой изделий, закрепляемых на вра-
щающемся электромагнитном столе. На рис. 11-6 пока-
зана схема устройства такого стола с непрерывной по-
дачей и снятием изделий. Во вращающейся части 2.
электромагнитного стола, выполненной из магнито-мяг-
кой стали, сделаны прорези 3 в радиальных направле-
ниях и выточки 4 по окружности, заполненные проклад-
ками из латуни. В неподвижной части 1 стола устанав-
ливается семь электромагнитов 6. Шесть из них
расположены в зоне шлифования для закрепления обра-
батываемых изделий 8, проходящих под кругом 5, а
332
седьмой размещен в зоне съема деталей я создает маг*
нитный поток противоположного направления. Обрабо-
танные детали размагничиваются и легко отделяются от
стола при помощи съемных щитков 7.
По условиям техники безопасности, а также во из-
бежание порчи изделий в схемах управления станками с
электромагнитным столом должны быть предусмотрены
Рис. 11-6. Поворотный электромагнитный стол с непрерывной загруз-
кой деталей.
блокировки, обеспечивающие отключение и быструю
остановку шлифовального круга при обрыве питания
катушек электромагнитов. Электромагнитные плиты пи-
таются постоянным током напряжением 24, 48. ПО и
220 В от полупроводниковых выпрямителей. Мощность,
потребляемая катушками плиты, составляет обычно
100—300 Вт.
Детали, снятые с электромагнитных плит или столов,
сохраняют остаточный магнетизм, что нежелательно.
Для размагничивания таких деталей применяют специ-
альные устройства — демагнитизаторы. На рис.
11-7,а схематически показано устройство демагнитиза-
тора для одиночных деталей. Магнитопровод 1 набира-
ется из листовой стали. Полюсные башмаки 2 выполня-
ются из магнитно-мягкой стали и разделяются
немагнитной прокладкой 3. Катушки 4 включаются в
сеть переменного тока 50 Гц. Деталь кладется на по-
люсные башмаки, несколько раз перемещается взад, и
333
вперед и под действием переменного магнитного поля
размагничивается.
В плоскошлифовальных полуавтоматах, на которых
обрабатываются детали массового производства (напри-
мер, кольца шарикоподшипников), применяется демаг-
иитнзатор, схема которого дана на рис. 11-7,6. По на-
клонному лотку /, выполненному из немагнитного мате-
Рис. 11-7. Схемы демагнетизаторов.
а — для одиночных деталей; 6 — с непрерывной подачей деталей.
риала, детали 3 перемещаются сверху вниз внутри ка-
тушки 2, питаемой переменным током промышленной
частоты и размагничиваются.
На прецизионных шлифовальных станках использу-
ют закрепляющие плиты с постоянными магнитами
(магнитные плиты). Они не требуют источника пита-
ния, имеют продолжительный срок службы, более на-
дежны в эксплуатации, так как на них исключается
вбможность срыва деталей с поверхности плиты в слу-
чае прекращения электропитания. Плита имеет корпус,
внутри которого расположен пакет, набранный из по-
стоянных магнитов, изготовленных из специальных
сплавов и имеющих форму пластин. Магниты отделены
прокладками из немагнитного материала. Пакет стянут
латунными болтами. Деталь из ферромагнитного ма-
териала, положенная на плиту, притягивается находя-
щимися под ией магнитами. Для съема детали с плиты
пакет сдвигают с помощью эксцентрика (вручную). При
новом положении полюсов их магнитные потоки замы-
каются, минуя деталь, и ее можно легко сиять- Средняя
сила тяги плит составляет 60—70 Н/см2.
Для повышения производительности и обеспечения
высокой точности современные шлифовальные станки
334
всех типов снабжаются устройствами -активного конт-
роля— измерительными устройствами для авто-
матического контроля размеров шлифуе-
мых деталей в процессе их обработки и подачи соответ-
ствующих команд в систему управления станком. По
достижении требуемого размера детали станок автома-
тически отключается. Рабочий не останавливает станок
Рис. 11-8. Механические устройства для контроля размеров при шли-
фовании.
для проверки размеров обрабатываемого изделия. Он
только снимает готовую деталь, устанавливает новую
заготовку и пускает станок. В этом случае рабочий мо-
жет следить за работой нескольких станков, что дает
увеличение производительности труда, уменьшает воз-
можность брака и облегчает обслуживание станков.
Простейшим измерительным устройством для авто-
матического контроля размеров деталей в процессе об-
работки на виутришлифовальиых станках является про-
335
Сочный калибр / (рис. 11-8,'а), который периодически
подводится к обрабатываемой детали 2 (после каждого
двойного хода шлифовального круга 3). Когда диаметр
шлифуемого изделия достигнет заданного значения, ка-
либр войдет в отверстие. При этом замыкаются контак-
ты электрической цепи и подается команда на отвод
шлифовальной бабки в исходное положение и остановку
шпинделя станка. Обычно калибр состоит из двух про-
бок разного диаметра: меньшая входит в шлифуемое
отверстие после окончания черновой обработки, а боль-
шая — после чистовой обработки. Это позволяет^осуще-
ствлять автоматический переход с чернового шлифова-
ния на чистовое и отключать привод при достижении
заданного размера.
На плоскошлифовальных станках с непрерывной за-
грузкой деталей применяются электроконтактные из-
мерительные устройства для автоматической подналад-
ки станка (рис. 11-8,6). Обработанные детали 9, за-
крепленные на магнитном столе станка 10, после выхода
из-под шлифовального круга измеряются по высоте.
Если вследствие износа круга высота изделия оказалась
больше допустимой, детали 9 задевают за наконечник 5,
закрепленный в лапе 4. При этом рычаги 1 и 2 провора-
чиваются вокруг оси 0, замыкаются контакты 6 и 7, и
включается электромагнит подачи шлифовальной бабки.
Круг опускается и дополнительно обработанные после
этого детали не будут задевать наконечник 5. Пружина
8 прижмет рычаг 2 к упору 3, контакты 6 и 7 разомкнут-
ся и отключат электромагнит подачи шлифовальной
бабки.
Электроконтактные датчики (измеритель-
ные головки) широко применяются на других шлифо-
вальных станках для контроля размеров деталей. На
рис. 11-9,а схематически показана конструкция одной
из таких измерительных головок. Внутри корпуса /, ус-
танавливаемого на шлифовальной бабке станка, смон-
тирован шток 2, который может перемещаться верти-
кально во втулках 5. На штоке закреплен хомутик 10.
Шток заканчивается наконечником 3 с алмазным или
твердосплавным зерном. Во время обработки изделия
алмазное зерно опирается на шлифуемую поверхность
и прижимается к ней пружиной 6. При уменьшении раз-
мера детали вследствие снятия припуска шток опуска-
ется вниз, и хомутик 10 нажимает иа упор контактного
336
рычага 7, который связан с корпусом (эта часть кор*
пуса изготовлена из электроизоляционного материала)
плоской пружиной 4 и витой пружиной 11. Верхний ко-
нец контактного рычага отклоняется вправо и отходит
от контактного виита 8. При дальнейшем уменьшении
размера детали нижний конец рычага замыкается с кон-
тактным винтом 9. Последовательное срабатывание
Рис. 11-9. Электроконтактное измерительное устройство.
контактов позволяет осуществить автоматический пере-
ход с чернового шлифования на чистовое и последующий
отвод круга. При установке новой детали, шток подни-
мается и рычаг 7 под действием пружины 11 прижима-
ется к верхнему контактному винту 8. Настройка кон-
тактных винтов 8 и 9 производится маховичками М8 и
М9, на которых имеются шкалы с делениями. Для ви-
зуального наблюдения за размером обрабатываемой
детали в отверстие 12 можно установить индикатор, на
который будет воздействовать верхний конец штока 2.
Для того чтобы контакты датчика не подгорали, они
включены в базовые цепи полупроводникового переклю-
чателя, который управляет работой промежуточных ре-
ле РП1 и РП2 (рис. 11-9,6). Когда контакт 8 измери-
тельного устройства замкнут, то транзистор ПТ1 за-
крыт, так как иа его базу подается положительный
22-612 337
потенциал. Транзистор ПТ2, на базу которого через дели-
тель напряжения на резисторах R3—R4 подается отри-
цательный потенциал, открыт, и реле РП2 включено.
По окончании чернового шлифования контакт 8 датчи-
ка КД 'размыкается, транзистор ПТ 1 открывается и ре-
ле РП1 срабатывает, что вызывает переход с черновой
подачи на чистовую. После окончания чистового шлифо-
вания замыкается контакт 9, транзистор ПТ2 закрыва-
ется, реле РП2 отключается и в. схему управления по-
ступает команда на отвод круга. Диоды Д1 и Д2 служат
для заш&иты транзисторов ПТ1 и ПТ2 от импульсов на-
пряжения, возникающих при отключении катушек реле
РП1 и РП2.
11-5. УПРАВЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОШПИНДЕЛЯМИ С ПОМОЩЬЮ
СТАТИЧЕСКИХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ ЧАСТОТЫ
‘ Наиболее целесообразным способом регулирования
угловой скорости асинхронного двигателя является час-
тотное управление, осуществляемое изменением частоты
/1 и напряжения Ui, питающего двигатель. Этот епособ
позволяет обеспечить требуемый для внутришлифоваль-
ных станков диапазон плавного регулирования частоты
вращения шпинделя до (2-т-4) : I при сравнительно ма-
лых потерях в двигателе. По конструктивным сообра-
жениям современные электрошпиндели (ЭШ) допуска-
ют регулирование частоты вращения только вниз от
' номинального значения. Для сохранения критического
момента, снижающегося при значительном уменьшении
частоты ft в связи с возрастанием падения напряжения
в активном сопротивлении статора двигателя, нужно по
мере снижения частоты уменьшать напряжение U\ в
меньшей степени, чем снизилась частота.
Для компенсации износа круга иа внутришлифо-
вальных станках требуется регулирование угловой ско- .
рости при неизменной мощности. С увеличением диа-
метра шлифуемых отверстий увеличивается и £>шл,кр, и
для сохранения скорости резания приходится снижать
частоту вращения ЭШ, а требуемый момент при этом
возрастает. Все это вынуждает завышать установленную
мощность двигателя. Выбор мощности ЭШ при регули-
руемом приводе определяется мощностью шлифования
Ршл и диапазоном регулирования частоты вращения
338
Номинальная мощность ЭШ для яродол-
деятельного режима будет равна
= ОМ)
Мощность ЭШ для нерегулируемого привода выби-
рают по режиму Черновой обработки, который харак-
теризуется наибольшими усилиями резания. При этом
возможна кратковременная перегрузка ЭШ, вызванная
Рис. 11-10. Асинхронный регулируемый электропривод с вентильным
преобразователем частоты.
в — структурная схема; б — принципиальная схема однофазного автономного
Инвертора; в —диаграмма изменения тока н напряжения в нагрузке.
изменением мощности РШл. на 20—30% из-за колебаний
припуска у различных деталей на червовую обработку.
Развитие силовой полупроводниковой техники при-
вело к созданию статических, преобразователей частоты
(СПЧ), которые позволяют получать требуемое соотно-
шение между напряжением и частотой питания ЭШ.
Наиболее рациональным типом СПЧ для управления
высокоскоростными асинхронными двигателями являет-
ся тиристорный преобразователь частоты с промежу-
точным звеном постоянного тока. На рис. 11-10, а при-
ведена структурная схема асинхронного регулируемого
электропривода с вентильным преобразователем часто-
ты. Преобразователь состоит из трех основных узлов;
22*
339
тиристорного преобразователя ТП, осуществляющего
преобразование переменного тока с напряжением t/c и
частотой fc в постоянный ток при регулируемом напря-
женин t/d=var; автономного инвертора Ли,-преобразу-
ющего напряжение Ud в трехфазное переменное напря-
жение U\ регулируемой частоты fc схемы управления
СУ, состоящей из блоков управления выпрямителем БУ В
и инвертором БУИ, и 'блока задания частоты вращения
двигателя БЗС.
Рассмотрим принцип действия АИ на примере одно-
фазного инвертора, схема которого представлена на
рис. 11-10,6. Тиристоры -Т1—Т4 служат ключами, по-
средством которых сопротивление нагрузки ZH с разной
полярностью подключается к напряжению Ud. Тиристо-
ры включаются схемой управления попарно (77} Т4 И
Т2, ТЗ) с требуемой частотой fy=var. При этом на на*
грузке появляется переменное напряжение ин прямо-
угольной формы с амплитудой, равной Ud-
Закрывание тиристоров осуществляется посредством
коммутирующих конденсаторов Cl,. С2 (процесс закры-
вания одних тиристоров и открывания других называет-
ся коммутацией). Когда включены тиристоры Т1 и T4f
то конденсаторы Cl, С2 заряжаются до напряжения
источника с полярностью, указанной на рисунке. При
включении тиристоров Т2, ТЗ конденсаторы Cl, С2 раз-
ряжаются соответственно через тиристоры Tl, Т2 и ТЗ,
Т4. Ток в тиристорах Т1 и Т4 уменьшается, и когда он
будет равен нулю, последние' закроются, и к нагрузке
будет приложено напряжение обратной полярности че-
рез открытые тиристоры Т2, ТЗ.
Таким образом, тиристоры инвертора осуществляют
периодическое переключение постоянного напряжения
Ud выпрямителя на нагрузку Zu, к которой принуди-
тельно прикладываются импульсы переменного напря-
жения прямоугольной формы (рис. 11-10,в), основная
гармоническая которых составляет выходное напряже-
ние Ui, поступающее иа нагрузку. Частота fi этого йапря-
жения равна частоте fB выходных импульсов, выраба-
тываемых блоком управления инвертором и подаваемых
на управляющие электроды тиристоров Tl, Т4 и Т2, ТЗ,
для открывания их в нужной последовательности.
Диоды Д1 -— Д4 отделяют коммутирующие конден-
саторы Cl, С2 от нагрузки, не допуская их разряда на
нее. Диоды Д5 — Д8 образуют так называемый «об-
340
ратный» мост, через который пропускается реактивный
ток нагрузки в те моменты времени, когда знаки тока iH
в напряжения и« ие совпадают. Например, если были
открыты тиристоры Tl, Т4 и ток в нагрузке проходил в
направлении, показанном на рис. 11-10,6 стрелкой, то
под действием ЭДС самоиндукции после закрывания Т1,
Т4 и открывания Т2, ТЗ ток нагрузки сохраняя свое на-
Рнс. 11-11. Принципиальная схема силовой части трехфазного преоб-
разователя частоты.
правление, будут проходить по цепи Д6-*~С<г+-Д7 до
момента перехода его через нуль (рис. 11-10,в). Кон-
денсатор Со является приемником реактивной энергии.
Дроссели L1 и L2 служат для ограничения тока раз-
ряда конденсаторов С1 н С2 в моменты коммутации ти-
ристоров по цепи через обратный мост, минуя закрывае-
мый тиристор. Так, при выключении тиристоров Т1 и
Т4 конденсатор С1 дополнительно разряжается по цепи
Д1-^Д5-^к1-^Т2 и по цепи Д1-^-Хи-^Д6-^Ь1-^Т2, а кон-
денсатор С2 — по цепи ТЗ-*-Ь2-+Д8-*Д4 и по цепи
ТЗ-^Ь2-^Д7->2,п-^Д4. Если исключить из схемы дроссе-
ли L1 и L2, то коммутация тиристоров в этом инверто-
ре станет невозможной.
На рис. 11-11 приведена принципиальная схема трех-
фазного преобразователя частоты. Силовая часть СПЧ
состоит из однофазного управляемого выпрямителя, вы-
полненного по двухполупериодной несимметричной мос-
341
товой схеме с LC-фильтром (£ф и Со). Напряжение на
выходе выпрямителя регулируется изменением угла от-
крывания тиристоров Т7 и Тв. Коммутация тиристо-
ров — естественная, т. е. закрывание тиристора проис-
ходит в момент прохождения анодного напряжения че-
рез нуль. Автономный инвертор состоят: из шести
тиристоров Т1 — Тб, последовательно с которыми вклю-
чены шесть силовых диодов Д1 —Д6, отделяющих ком-
мутирующие конденсаторы Ск от нагрузки; шести не-
управляемых вентилей ДЮ — Д15, включенных потрех-
ф'азной мостовой схеме и образующих мост обратного
тока; шести конденсаторов Ск и шести катушек индук-
тивности LK, образующих цепи гашения тиристоров, и
выходного трехфазного автотрансформатора АТ, пред-
назначенного для получения нужного уровня выходного
напряжения. Нагрузкой инвертора является асинхрон-
ный двигатель Д.
Принцип действия данного СПЧ такой же, как н
рассмотренного однофазного. Особенностью трехфаэио-
го инвертора является то, что одновременно открыты
лишь два тиристора (Г/, Тб; Т1, Т2; Т2, ТЗ; ТЗ, Т4;
Т4, Т5; Т5, Т1...). Порядок включения тиристоров соот-
ветствует их номерам. Обмотки статора двигателя Д
целесообразно соединять в треугольник, что позволяет
повысить надежность инвертора за счет снижения тре-
буемого выходного напряжения. Гашение открытого ти-
ристора осуществляется током обратного направления,
создаваемого колебательным перезарядом конденсато-
ров Ск через дроссели LK и проходящего через закры-
ваемый и открываемый тиристоры, и обратным напря-
жением при прохождении тока перезаряда после закры-
вания тиристора через отсекающий диод (Д1 — Д6) и
диод обратного моста, подключенных параллельно за-
крываемому тиристору.
Напряжение на выходе СПЧ регулируется изменени-
ем напряжения Ua на входе инвертора, а регулирование
частоты — изменением частоты управляющих импульсов
и»м, подаваемых на тиристоры от схемы управления
инвертором.
Номинальные данные одного из таких СПЧ: макси-
мальная частота выходного напряжения fmOx=2500 Гц,
что соответствует частоте вращения ло=150000 об/мин,
двухполюсного ЭШ. Напряжение на выходе СПЧ, соот-
ветствующее fmax, равно 220/127 В. Диапазон
342
регулирования скорости D « 3:1 (150 000—48 000 об/мин),
номинальная выходная мощность преобразователя
3 кВ-А.
В тех случаях, когда не предъявляется высоких тре-
бований к жесткости механических характеристик,
поддержанию перегрузочной способности ЭШ и к каче-
ству переходных процессов электропривода, а регули-
рование скорости осуществляется в пределах (1,54-2) : 1,
применяют разомкнутые системы управления ЭШ. При
диапазоне плавного регулирования скорости, большем
(2-j-3) : 1, необходимо использовать замкнутые системы
автоматического управления для получения соответст-
вующих характеристик <o=f(Xf) и необходимой пере-
грузочной способности ЭШ в зоне низких частот вра-
щеиия. ' *
Преобразователь Частоты на тиристорах обладает
высокими энергетическими показателями, прост в уп-
равлении и имеет сравнительно малые габариты.
11-6. ЭЛЕКТРОПРИВОД И СХЕМА УПРАВЛЕНИЯ
КРУГЛОШЛИФОВАЛЬНОГО СТАНКА
В средних и крупных круглошлифовальных станках
система электрического управления сочетается с гидрав-
лической. Примером может служить круглошлифоваль-
тгый станок модели ЗА161.Этот станок предназначен
для наружного шлифования цилиндрических поверхнос-
тей изделий длиной до 1000 мм и диаметром до 280 мм;
наибольший диаметр шлифовального круга 600 мм.
На рис. 11-12 приведена схема управления электро-
приводами станка. Привод шлифовального круга осу-
ществляется от асинхронного короткозамкнутого двига-
теля ДШ мощностью 7 кВт прн 98 рад/с. Путем смены
шкивов клиноременной передачи можно получить два
значения угловой скорости круга 111 и 127 рад/с. По-
перечная подача ‘шлифовальной бабки осуществляется
как вручную (при наладочных работах), так и при по-
мощи гидравлического устройства, управляемого с по-
мощью электромагнитов (при автоматической работе).
Для вращения изделия применен комплектный элек-
тропривод ПМУ5М с двигателем постоянного тока па-
раллельного возбуждения ДИ типа ПБС-22 мощностью
0,85 кВт, угловая скорость которого плавно регулиру-
ется в пределах от 35 до 250 рад/с изменением напря-
жения, подводимого к якорю от’силового магнитного
343
Рис. 11-12. Электрическая схема круглошлифовалыгого станка моде-
• ч
усилителя МУ. Усилитель собран по трехфазной мосто-
вой схеме и имеет шесть рабочих обмоток wp и три об-
мотки управления wyi, wyt и wy8. Рабочие обмотки wp
усилителя включены последовательно с диодами Д1 —
Д6, которые используются как для выпрямления пере-
менного тока, так и для осуществления внутренней по-
ложительной обратной связи по току магнитного усили-
теля. Обмотка wy3 служит для создания смещения в МУ,
344
ли ЗА161.
Ток в обмотке wyi обусловлен разностью задающего
напряжения Ue, снимаемого с потенциометра ПЗ и на-
пряжения обратной связи Uo,c, снимаемого с якоря дви-
гателя. По обмотке шУ2 проходит ток /У2, пропорцио-
нальный току якоря двигателя 1Я, поскольку вторичный
ток трансформатора тока ТТ пропорционален рабочему
току усилителя, равному /р=0,815/я. Магнитодвижущая
сила обмотки wys направлена согласно с МДС обмотки
345
wyi, следовательно, обмотка wy? осуществляет положи-
тельную обратную свйзь по току якоря двигателя. Ток
/У2 можно изменять резистором R2. Угловая скорость
двигателя регулируется изменением 1/э путем переме-
щения рукоятки потенциометра ПЗ, которая связана
также с движком резистора R2.'
Стол станка получает возвратно-поступательное дви-
жение (продольную подачу) от гидропривода со ско-
ростью от 100 до 600 мм/мин. Реверсирование стола
производится в конце каждого хода переключением зо-
лотника гидрЪцилиндра при помощи упоров, привернув
тых к столу. На задней бабке стола установлен прибор
для правки шлифовального круга алмазом. Насос гид-
росистемы станка приводится в движение двигателем
ДГ мощностью 1,7 кВт при 93 рад/с; насос охлаждаю-
щей жидкости вращается двигателем ДИ мощностью
0,125 кВт при 280 рад/с.
Перед пуском станка включается линейный выклю-
чатель ВЛ .Принтом получают напряжени£-трансфор~
Маторы Tpi ^Tj22~H. срабатывает реле РОП, клнтрппи-
рующее наличие тока в обмотке позбуждеиия двигателя
"йЗДетпгЯ О В ДИ. Нажатием кнопки КнПГ включают
контактор КГ, и получает питание двигатель ДГ. Когда
давление масла в гидросистеме достигнет необходимого
уровня, замыкается контакт реле давления ДД, после
Ч£ГР кнопкой /(н/7Д/.дключают контактор КЩ. который
главными контактами * подает пцтание на двигатель
Круга ДДТ
Схема управления позволяет осуществить наладоч-
ный и автоматический режимы работы станка. В на-
ладочном режиме выключатели ВИ, ВН и В А1
устанавливаются в положение Ручн. упр. Включение
двигателя изделия ДИ производят нажатием кнопки
КнПИ. При этом включается контактор КИ, якорь дви-
гателя присоединяется к усилителю МУ, и двигатель
быстро разгоняется. Замыкается контакт реле контроля
скорости РКС. Для отключения двигателя ДИ нажима-
ют кнопку КнСИ, при этом контактор КИ теряет пита-
ние и включается контактор торможения КТ. Проис-
ходит процес динамического торможения двигателя ДИ.
При -скорости, близкой к нулю, реле РКС отключает
контактор КТ.
Работа станка в автоматическом режиме
происходит в такой последовательности: 1) быстрый
346
подвод гидроприводом шлифовальной бабки к изделию,
.включение двигателей ДИ и ДН; 2) шлифование при
черновой подаче, затем переход на чистовую подачу с
работой <до упора»; .3) автоматический отвод шлифо-
тральной бабки и выключение двигателей ДИ и ДН.
Для выполнения данного режима переключатели ВИ,
? ВН и ВА1 устанавливаются в положение Авт. раб., а
переключатель ВА2 — в положение Раб. до упора. Глав-
ную рукоятку управления станком наклоняют на себя,
.' Происходит быстрый подвод шлифовальной бабки до тех
; пор, пока кулачок механизма врезания круга не нажмет
на микропереключатель MUlij который подключает
контакторы КИ и КН_ Получают питание и начинают
вращаться двигатели ДИ и ДН, а также включается
гидропривод перемещения стола. Происходит обработка
детали.
По окончании процесса чернового шлифования кула-
чок механизма врезания круга нажимает на микропере-
ключатель МПД, включается реле РП1 и получает пи-
тание электромагнит доводочной (чистовой) подачи
ЭмДП, воздействующий на золотник гидропривода по-
дачи шлифовальной бабки. Скорость поступательного
движения бабки уменьшается. По достижении заданного
размера нажимное устройство шлифовальной бабки че-
рез рычаг 2 нажимает на микропереключатель МПО
(см. узел а на рис. 11-12), получает питание реле РП2
и своим контактом замыкает цепь электромагнита от-
вода ЭмО, который переключает гидропривод шлифо-
вальной бабки на быстрый отвод. При возращении
бабки в исходное положение размыкается контакт МПИ,
теряют питание контакторы КИ и КН, отключая своими
главными контактами двигатели издёлия и насоса ох-
лаждения.
Защита электрооборудования от к. з. осуществляется
предохранителями Пр) — Пр5‘, защита двигателей ДШ,
ДГ и ДИ от длительных перегрузок — тепловыми реле
РТШ, РТГ и РТИ.
На станке возможно применение прибора актив-
но го контроля типа АК-3. В этом случае переклю-
чатель ВА2 устанавливается в положение Раб. со скобой
и управление циклом шлифования осуществляется в за-
висимости от действительных размеров деталей. Прибор
АК-3 подключается к точкам схемы АК, и так же как и
при работе «Эо упора», дает две команды — иа переклю-
347
чтение шлифовальной бабки на чистовую подачу и иа
быстрый отвод.
Часто цикл работы круглошлифовальных станков
включает в себя так называемое «выхаживание», т.е.
шлифование с выключенной подачей. Продолжитель-
ность выхаживания контролируется реле времени. В схе-
ме управления в этом случае после замыкания контакта
РП2 включается реле времени РВ, контакт которого
вводится в цепь электромагнита ЭмО вместо контакта
реле РП2 (указанные цепи обозначены на рис. 11-12
пунктирными линиями.)
Глава двенадцатая
ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ АГРЕГАТНЫХ СТАНКОВ
41-1. НАЗНАЧЕНИЕ И УСТРОЙСТВО АГРЕГАТНЫХ СТАНКОВ
Агрегатными называются специальные многоинстру-
ментальные станки, собираемые из стандартных (норма-
лизованных) и специальных узлов или агрегатов. К стан-
дартным узлам относятся силовые (шпиндельные) го-
ловки, поворотные столы, станины, гидравлические
устройства (гндропанели, гидроприводы) н др.
Агрегатные станки предназначаются для применения
в условиях крупносерийного и массового производства
для выцрлнения сверлильных, расточных, резьбофре-
зерных и реже — фрезерных и других работ. На элект-
ромашиностроительных заводах страны агрегатные
станки применяются для обработки различных деталей
электродвигателей: подшипниковых щитов, крышек,
станин и т. п. Изделия на таких станках обрабатыва-
ются одновременно многими инструментами с одной,
двух или нескольких сторон в зависимости от конфигу-
рации детали, которая устанавливается и закрепляется
на столе станка. Поэтому агрегатные станки отличают-
ся более высокой производительностью, чем универсаль-
ные станки. При обработке изделий иа агрегатных стан-
ках сокращаются число рабочих и производственные
площади при том же объеме продукции.
На рис. 12-1 показан общий вид трехстороннего
сверлильного многошпиндельного агрегатного станка с
тремя силовыми головками 2. Две головки установлены
348
горизонтально и совершают перемещения по направля-
ющим станины 1, третья головка расположена верти-
кально и перемещается по колонне 4. Все головки име-
ют одинаковое устройство и состоят из корпуса 2, шпин-
дельной коробки 3, в которой размещаются . рабочие
шпиндели с режущим инструментом, и приводного элек-
тродвигателя 7. Обрабатываемая заготовка закрепля-
Рис. 12-1. Общий вид трехстороннего агрегатного сверлильного
станка.
ется в приспособлении 5, которое устанавливается на
подставке (столе) 6. При последовательной обработке
нескольких заготовок вместо неподвижного приспособ-
ления 5 применяют поворотный стол, на котором кре-
пятся заготовки.
Силовые головки выполняются с механической иЛи
гидравлической системой подачи. В современных агре-
гатных станках наибольшее распространение получили
силовые головки с гидравлическим приводом подачи.
Гидравлические головки делятся на самодействующие
и несамодействующие.
В самодействующих силовых головках гидронасос и
гидропанель (распределительное устройство гидросис-
349
Рис. 12*2. Самодействующая силовая головка агрегатного станка.
темы) встроены в головку и совершают вместе с ней
постувательное движение при подаче головки. Резерву-
аром для масла служит корпус головки. Кроме того, в
таких головках шпиндели и гидронасос приводятся во
вращение от одного электродвигателя, поэтому подача
режущего инструмента при невращающихся шпинделях
йе может быть произведена.
Общий вид самодействующей силовой головки по-
казан на рис. 12-2. С передней стенкой корпуса головки
соединена болтами шпиндельная коробка 2, иа кронш-
тейне задней стенки установлен электродвигатель 6.
В корпусе головки находятся гидронасос 5 и гидропа-
иель 4. Через вал 3 н зубчатые шестерни шпиндельной
коробки получают вращение шпиндели 1 с инструмен-
тами. С нижней частью корпуса головки жестко соеди-
нен гидроцилиндр 7, шток поршня которого укреплен в
станине станка. При подаче масла в левую полость ци-
линдра головка получает движение по направлению к
детали 8, прн подаче масла в правую полость — от де-
тали.
Промышленность выпускает несколько типов само-
действующих силовых головок с двигателями мощ-
ностью от 1,1 до 22 кВт и усилием подачи от 10 до
100 кН. Максимальный ход головок —от 250до 1000 мм.
В несамодействующих силовых головках гидрона-
сос и гидропанель устанавливаются на станке вне си-
ловой головки. Главный двигатель осуществляет только
вращение шпинделей. Вращение насоса гидросистемы
производится от отдельного двигателя. Для масла пре-
дусматривается отдельный резервуар.
Несамодействующие головки широко применяются в
агрегатных миогопозицнонных станках, имеющих не-
сколько силовых1 головок. В этом случае используется
одна централизованная гидравлическая система, сокра-
щается количество насосов и приводов к ним, но ус-
ложняется система трубопроводов.
Нарезание резьбы на агрегатных стайках обычно
производится с применением стандартных электромеха-
нических разьбовых головок. Подача такой, головки
осуществляется при помощи винтового'механизма, при-
водимого во вращение от главного двигателя, чем дос-
тигается точное согласование движений резания и по-
дачи. Реверсирование шпинделей и подачи осуществля-
ется реверсированием двигателя,
‘ 351
12-2. ЦИКЛЫ ДВИЖЕНИЙ СИЛОВЫХ ГОЛОВОК АГРЕГАТНЫХ
СТАНКОВ
В зависимости от назначения агрегатного станка и-
выполняемых на нем операций силовые головки могут
совершать различные циклы движений. В наиболее
распространенном цикле силовая головка с режущими
инструментами сначала быстро подводится к детали,
• -Пуск', О —Стоп
------быстрое перемещение
•----Рабочая подача. s?
—------Рабочая подача Sz>St
<| Работа на жестком упоре
Рис. 12-3. Схемы циклов движений силовых головок агрегатных стан-
ков.
затем скорость движения снижается, и происходит ра-
бочая. подача. После окончания обработки головка
быстро отводится в исходное положение (рис. 12-3,а).
Управление производится автоматически в функции
пути с помощью конечных выключателей, устанавлива-
емых на станине стайка по ходу движения головки.
При обработке отверстий под болты комбинирован-
ным инструментом вначале производится их сверление
(или зенкерование) с нормальной рабочей подачей s2,
затем’ осуществляется автоматический переход на
меньшую подачу sb при которой производится зеикеро-
ваиие. Схема цикла движений головки для этого слу-
чая показана на рис. 12-13,6.
Для цековки торцевых поверхностей около рассвер-
ленных отверстий в конце рабочего хода производится
вращение инструмента без подачи — работа на жест-
ком упоре (рис. 12-3,в). Силовая головка останавлива-
ется, упираясь в специальный винт, установленный на
352
г-неподвнжном кронштейне. Давление масла в гидро
(системе повышается, н после выдержки времени, опре-
деляемой иастройкой реле давления, головка воз-
►"вращается в исходном положение. .
При сверлении глубоких отверстий необходимо пе-
риодически выводить сверло из детали для удаления
стружки и его охлаждения. Цикл движения силовой
головки, соответствующий этому случаю, показан на
рис. 12-3, г. По окончании сверления головкд с инстру-
ментами отводится в исходное положение. Возможны и
другие циклы движений силовых головок. Управле-
ние циклами производится, как правило, при помощи
средств электроавтоматики.
12-3. РАСЧЕТ МОЩНОСТИ ДВИГАТЕЛЕЙ АГРЕГАТНЫХ СТАНКОВ
Главный привод агрегатных станков осуществляет-
ся, как правило, от асинхронных короткозамкнутых
двигателей с внешним обдувом. Выбор мощности дви-
гателя головки производится по наибольшей сум-
марной мощности резания рабочих шпинделей с уче-
том потерь в передачах
где 1,25 — коэффициент, учитывающий возможные из-
менения режимов резания; Рг— суммарная мощность
резания всех шпинделей головки, кВц трюм, шп—КПД
шпиндельной коробки при номинальной нагрузке.
Так как двигатель головки часто не отключается
во время пауз, следует учитывать нагрузку его в эти
периоды, которая определяется потерями холостого
хода шпиндельной коробки, т. е. Р0—аРг. Коэффи-
циент а равен
а - 0,6(« + К «0.6 (1 - . (12-2)
где а и b — коэффициенты постоянных и переменных
потерь в двигателе (см. § 7-3).
Учитывая, что угловая скорость двигателя во время
его работы не изменяется, можно определить эквива-
лентную мощность по формуле
Р + /12-3}
ГДе /о 33/быстр, пода.-р/быстр, отв, 4*/раб, на упоре*
23-612 353
При удачном предварительном выборе мощности
двигателя должно выполняться соотношение Рят^>
^Рвкв. Кроме того, следует проверить двигатель по до-
пустимой кратковременной перегрузке с учетом воз-
можного снижения Щ на 10%
- Мощность на валу Двигателя насоса
кВт, определяется производительностью
обходимым давлением масла
(12-4)
гидросистемы,
насоса и не-
ЧвасПп
(12-5)
где Q — производительность иасоса, м8/с; Н — давление
масла в гидросистеме, Н/м2; г)Нас> Ип — КПД насоса и
передачи; fes=(l,244,3)—коэффициент запаса.
«2-4. ЭЛЕКТРОПРИВОД И СХЕМА УПРАВЛЕНИЯ АГРЕГАТНОГО
СТАНКА С САМОДЕЙСТВУЮЩЕЙ ГОЛОВКОЯ
В качестве примера агрегатного станка с само-
действующей силовой головкой рассмотрим односто-
ронний горизонтальный агрегатный станок; предназна-
ченный для глубокого сверления. В таких станках во
избежание выхода из строя в процессе обработки свер-
ла несколько раз выводятся из отверстий для охлаж-
дения и удаления стружки охлаждающей жидкостью.
На рис. 12-4,а изображена схема автоматизации
процесса -глубокого сверления детали 1 с применением
самодействующей сверлильной силовой головки' 2. На
корпусе головкн укреплено три упора (А, Б и В), кото-
рые в определенных точках пути нажимают на тол-
катели путевых переключателей ВК1—ВК4. На стани-
не станка укреплен упор Г, перемещающий рычаг Р,
который нажимает на толкатель переключателя ВК5.
Переключатели ВК1—ВК5 управляют перемещениями
силовой головки. Последовательность работы переклю-
чателей поясняется циклограммой работы станка, ко-
торая показана на*рис. 12-4,б. В исходном положении
нажаты переключатели ВК1 и ВК.2, а переключатель
ВК5, расположенный на головке, находится в осво-
божденном состоянии.
Электрическая схема станка приведена на рис. 12-5.
Нажатием кнопки КнП включается контактор КЛ1
854
двигателя силовой головки Д1, начинают вращаться
'* шпиндели и гидронасос. Воздействием на кнопку
Л-^.’ЖнВ включается контактор КЛ2 двигателя, насоса ох-
лаждения Д2, при этом срабатывает промежуточное
р реле РП1 и получает питание электромагнит ЭмВ. Ch-
г. • ловая головка быстро подводится к детали, освобож-
дая переключатели ВК1 и ВК2, при этом контакт ВК1
О-
быстрый пМод(бП) 1~й проход
пягза
быстрый отЫ(Б01 |
БЛ . 2~й проход
^1------***]
ВО
БП
60
6)
3~й проход
Рис. 12-4. Схема автома-
тизации процесса глубо-
кого сверления.
отключает цепь питания ЭмВ, а контакт ВК.2 подго-
тавливает цепь включения электромагнита ЭмН. При
подходе сверла к обрабатываемому изделию происхо-
дит переключение на гидропанели (на схеме ие пока-
зано) и головка начинает перемещаться со скоростью
рабочей подачи. В конце первого прохода упор А на-
жимает на переключатель ВКЗ, включается реле РП2
и получает питание электромагнит ЭмН. Силовая
головка быстро отводится назад. Размыкается контакт
ВКЗ, но реле РП2 остается включенным через свой
контакт, подготавливая цепь включения реле РПЗ.
В исходном положении упором В нажимается перек-
лючатель ВК2, теряет питание электромагнит ЭмН и
включается реле РПЗ, которое своим размыкающим
контактом отключает реле РП2. В этом же положении
23‘
355
головки замыкается контакт ВК1, включается электро-
магнит ЭмВ, и головка вновь движется вперед. Осу-
ществляется второй проход, при котором опять под
действием упора Д, замыкается контакт ВК.З, но ре-
ле РП2 не Включается, так как размыкающий контакт
РПЗ разомкнут. '
В процессе второго Прохода упор А нажимает на
переключатель ВК.4, размыкающий контакт которого
отключает реле РПЗ, а замыкающий включает реле
РП4. В конце второго прохода упором Б нажимается
переключатель ВКЗ, включается реле РП2 и головка
быстро отводится назад. В исходной положении вновь
размыкается контакт ВК2, включается реле РПЗ, от-
ключается реле РП2 и элеитромагнит ЭмН и включа-
ется ЭмВ. Совершается третий проход головки, в те?
чение которого упоры 2 раза нажимают на переклю-
чатель ВКЗ и 1 раз — на ВК4, но реле РПЗ и РП4
остаются включенными.
366
В конце сверления от упора Г срабатывает перек-
лючатель ВК5, размыкающий контакт которого отклю-
чает контакторы КЛ2 и реле РП1 — РП4, а замыкаю-
щий— включает электромагнит ЭмН. Происходит тре-
. тий.и последний в цикле быстрый отвод головки в
исходное положение, в котором нажимаются переклю-
чатели В К. 2 и ВК1, ио движение головки вперед не
Может произойти, так как реле РП1 отключено. После
установки очередной детали и нажатия кнопки КнВ
осуществляется новый цикл работы силовой головки и
т.д.
При нажатии кнопки КнН в любом промежуточном
положении головки отключаются все реле и контактор
КЛ2, включается электромагнит Эмп, и силовая го-
ловка быстро отводится в исходное положение.
Глава тринадцатая
ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ АВТОМАТИЧЕСКИХ
СТАНОЧНЫХ ЛИНИЙ
U-1. ОСНОВНЫЕ ТИПЫ АВТОМАТИЧЕСКИХ СТАНОЧНЫХ
ЛИНИЯ
При ^обработке сложных деталей на универсальных
и специальных стайках затрачивается много вспомо-
гательного времени на установку и закрепление заго-
товки, на измерения в процессе обработки, на снятие
обработанной детали и транспортировку ее иа другой
станок. Стремление повысить производительность тру-
да путем сокращения вспомогательного времени, а
также применения обработки деталей одновременно с
разных сторон и внедрения средств активного койтро-
ля за ходом обработки, привело к созданию автома-
тических станочных линий.
Автоматические линии в основном комплектуются
из -агрегатных станков, имеющих силовые головки с
набором различных режущих инструментов для вы-
полнения сверлильных, расточных, фрезерных и резь-
бонарезных работ. Наряду с агрегатными станками в
автоматических линиях используются универсальные и
специальные станки, например токарные, фрезерные,
шлифовальные и другие быстро переналаживаемые
357
ставки, которые встраиваете^ в линии в порядке опе-
раций технологического процесса обработки деталей.
На этих стайках•> производятся операции отрезки, про-
резки канавок, снятия фасок и др.
Станки автоматических линий снабжаются загру-
зочными приспособлениями, а также транспортирую-
щими и зажимными устройствами, с помощью которых
обрабатываемые детали перемещаются с одной позиции
на другую и закрепляются. Отдельные станки и меха-
ЯНческне узлы, составляющие автоматическую линию,
объединяются в единую систему с помощью электро-
автоматики. Таким образом, обрабатываемые детали,
автоматически транспортируются вдоль линии' станков
и постепенно проходят Все операции механической об-
работки.
Для передачи заготовок от станка к стайку на ав-
томатических линиях применяют разного рода транс-
портирующие средства. Простейшими транспортными
устройствами являются лотки, склизы, трубки, по ко-
торым заготовки передвигаются иод действием силы
тяжести или инерции, как, например, в линиях для об-
работки шарикоподшипников. Более крупные заготов-
ки передвигаются принудительно, посредством раз-
личных транспортеров: шаговых с собачками, цепных
барабанных и др.
По способу осуществления транспортных устройств
различают автоматические линии с жесткими и .гибки*
ми межагрегатными (транспортными) связями. При
жесткой связи автоматическое перемещение обраба-
тываемых изделий от- одной позиции к другой пронз*
водится общим транспортным устройством с точно ус-
тановленным шагом и паузой, которая зависит от наи-
более длительного времени цикла обработки изделия
на одной из рабочих позиций линии, а шаг определя-
ется расстоянием между позициями. Достоинством ли-'
ний с жесткой - транспортной связью является сравни-
тельно короткое время прохождения обрабатываемого
изделия с позиции на позицию, а недостатком — прек-
ращение работы всей линии при неисправности какого-
либо'устройства. .
На рис. 13-1 показана схема механизмов неболь-
шой автоматической линии с жесткой межагрегат-
ной связью между станками. С загрузочной позиции 1
шагающим транспортером 2 изделия перемещаются я
«58 '
е&нкам 4, которые производят обработку. Заканчива-
ется линия разгрузочной позицией 5. Имеется на линии
еще поворотное устройство 3 (поворотный стол, кан-
тователь), которым осуществляется поворот детали на
90 и 18(Г во время обработки остальные деталей на
позициях.
При гибкой транспортной связи каждый станок
работает в собственном ритме, а транспортные уст-
Рис. 13-1. Автоматическая линия с жесткой транспортной связью.
ройства между станками выполняются в виде лотков,
непрерывно движущиеся транспортеров и т. п. На
рис. 13-2. показана схема автоматической линии, со-
стоящей нз- трех станков, соединенных транспортирую-
щими устройствами, и двух межоперационных бунке-
ров-накопителей. Из элеватора / через лоток обраба-
тываемые изделия подаются к станку 3, далее транс-
Рис. 13-2. Автоматическая линия с гибкой транспортной связью.
359
портером б перемещаются в бункер-накопитель 2, от-
куда поступают на "станок 4. Затем транспортер 7 на-
правляет их в бункер 8, из которого изделия подаются
на станок 5. Наличие бункеров-накопителей позволяет
продолжать работать станкам, расположенным после
них, при остановке станков перед ними.
Кроме металлорежущих станков и транспортных
устройств в состав автоматических линий в зависимо-
сти от их назначения могут входить следующие агре-
гаты: фиксирующие и зажимные устройства, контроль-
ные и сортировочные автоматы, агрегаты для сварки,
упаковочные агрегаты и т. д.
В электромашиностроении автоматические лййин
применяются для обработки валов, станин, подшипниг
ковых щитов, для пропитки статоров и роторов, для
сборки и испытания электрических машин. В данной
отрасли автоматические лииин были впервые примене-
ны для обработки двигателей единой серии А и АО 6-го
и 7-го габаритов. На рис. 13-3 показана автоматическая
линия для изготовления коллекторных пластин; Мед-
Рис. 13-3. Автоматическая линия изготовления коллекторных пластин.
ные полосы укладываются в загрузочное устройство 8,
из которого механизм подачи 7 толкает полосу б в
пресс на шаг, равный длине коллекторной пластины.
На чеканочном прессе б производится правка полосы,
вырубка контура пластины и отрубка ее от полосы.
Отрубленная пластина при помощи передающего ме-
ханизма 4 подается на транспортер /, который пере-
мещает ее к горизонтально-фрезерному станку 2. На
станке производится фрезерование шлица в петушке
коллекторной пластины. При этом установка пластины
в тиски станка, выем обработанной детали с после-
В60
дующей установкой в зажим транспортера произво*
дитСя при помощи робота-манипулятора. Далее в ван-
ее 12 пластина покрывается флюсом, а в ванне 11
производится лужение шлица. Готовые пластины ос-
вобождаются толкателем 9 из зажимов 3 и падают в
бункер. Электроимпульсный счетчик 10 показывает
количество обработанных пластин. Продолжитель-
ность цикла линии 7 с.
13-2. ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ СХЕМ УПРАВЛЕНИЯ
АВТОМАТИЧЕСКИМИ ЛИНИЯМИ
Управление работой агрегатов автоматической линии
производится средствами релейно-контактной или бес-
контактной электроавтоматики. Это позволяет доста-
точно. просто объединить в единую систему производ-
ственные машины, расположенные иа значительном
расстоянии и различно ориентированные относительно
друг друга. Такое объединение посредством механиче-
ского или гидравлического управления обычно оказы-
вается боле§ сложным или невозможным.
Управление автоматическими линиями в основном
сводится к управлению поступательными и вращатель-
ными перемещениями подвижных элементов станков,
транспортеров и других узлов, происходящими в оп-
ределенной последовательности. В задачу системы уп-
равления входит согласование действий отдельных
агрегатов линии, выполняемое, как правило, средства-
ми электроавтоматики. Четкая и надежная работа
всех механизмов автоматической линии возможна
только при хорошо продуманной системе управления
и при использовании высококачественного оборудо-
вания.
Для создания возвратно-поступательных движений
на автоматических линиях применяется обычно гидро-
привод. Для получения вращательных движений, свя-
занных с обработкой деталей, в автоматический ли-
ниях используются короткозамкнутые асинхронные
двигатели.
Электрическая система управления автоматической
линией должна обеспечить: 1) централизацию управ-
ления и контроля; 2) заданную последовательность
движений механизмов; 3) возможность переналадки
при изменении технологического процесса; 4) работу
361
линии в автоматической, полуавтоматическом и Нала-
дочном режимах; 5) возможность широкого использо-
вания компактных^ слаботочных электроаппаратов,
стандартных блоков и узлов питания.
В качестве основного принципа для построения схем
управления автоматическими станочными линиями при-
меняется управление в функции пути. Такое
управление позволяет в любой момент контролировать
взаимное положение Деталей и инструмента и являет*
ся наиболее надежным. Оно строится обычно- так, что-
бы команда на последующие действия подавалась тог-
да, когда предыдущее действие уже закончено. От-
дельные станки или силовые головки линии работают
по определенному замкнутому циклу управления. При
управлении в функции пути подача команд на начало
последующих операций производится с помощью путе-
вых переключателей. Воздействие на переключатели
осуществляется различными упорами или кулачками,
которые устанавливаются на подвижных органах стан-
ков. У транспортных1 устройств-Подачу команды иногда
осуществляет деталь, коммутируя посредством путевых
выключателей или иных датчиков положения (пути)
либо непосредственно замыкая ту или иную цепь уп-
равления.
В некоторых случаях на автоматических линиях ис-
пользуются и другие принципы управления — принципы
нагрузки, времени, скорости и размеров обрабатывае-
мых деталей. Управление в функции иа грузки
применяется там, где необходимо контролировать уси-
лия, возникающие после завершения движений, на-
пример в зажимных устройствах. Датчиками усилия в
этом случае служат токовые реле или реле давления.
Управление в функции времени необходимо
в теХ случаях, когда работа тех или иных агрегатов
линии происходит без подачи инструмента, например
Нри зачистных операциях, закалке деталей и др. Дат-
чиками здесь являются различные реле времени. Уп-
равление в функции скорости применяется
при электрическом торможении электроприводов^ и
датчиками служат реле контроля скорости. Управле-
ние в функции размеров обрабатываемых де-
ятелей (активный контроль) все больше применяется в
новейших автоматических линияХ, так как позволяет
непосредственно контролировать ход технологических
362
операций и осуществлять автоматическую подналадку
станко?.
В линиях с гибкими транспортными связями элект-
рические сх*емы управления связывают между собой
•только смежные станки и транспортные участки между
ними. В этом случае каждый станок электрически бло-
кируется с транспортными участками, расположенны-
ми до и после данного станка; в свою очередь каждый
транспортный участок бло-
кируется со станками, нахо-
дящимися по обеим сторо-
нам этого участка. Работа
станков я механизмов линии
Рис. 13-4. Схема автомати-
зации участка линия с гиб-
кой транспортной связью.
происходит не в жестком
ритме. Ритм- каждого стан-
ка определяется продолжи-
тельностью операций, вы-
• полняемых на нем, а беспе-
ребойная работа всех стан-
ков линии обеспечивается
благодаря накоплению де-
талей на транспортных уча-
стках или в промежуточных
бункерах.
На рис. 13-4 приведена
простейшая схема автома-
тизации межагрегатного
транспортного участка ли-
нии с гибкой связью. Агре-
гаты А1 и А2 соединены
между собой наклонным склизом, на котором могут
создаваться межойерэциоиные заделы. Во время нор-
мальной работы агрегатов деталь, двигаясь но склизу от
агрегата А/ к агрегату А2, замыкает контакты низкого
напряжения НВК. (вместо НВК может быть установлен,
например, фотодатчик). Включается реле РП1, которое
управляет электронным реле времени ЭР В. Но так как
деталь уходит с НВК., то реле РГИ отключается, и реле
РВ ие успевает сработать. Если же агрегат А2 остано-
вится, то склиз будет заполняться, контакты НВК ос-
тайутся замкнутыми, реле ЭРВ сработает, его размыка-
ющий контакт отключит цепь управления агрегата Л/,
д* тот также остановится. При возобновлении работы
агрегата А2 контакты -НВК освободятся, и агрегат А1
363
вновь может быть-пущен в работу (автоматически или
оператором).
Станки линии с жесткой транспортной связью рабо-
тают в едином ритме. Поэтому между отдельными стан-
ками, транспортерами и зажимными механизмами линии
должны существовать взаимные связи и блокировки, ко-
торые обеспечивали бы четкое взаимодействие всех ме-
ханизмов в определенной последовательности и правиль-
ность выполнения команд. Промежуток времени между
подачей двух соседних команд называется тактом ли-
нии. За время такта производится одна операция по
обработке или транспортировке деталей. Совокупность
тактов, необходимых для обработки детали, называется
циклом линии.
На практике широкое распространение получил цикл,
состоящий из .следующих пяти основных тактов: 1) пе-
ремещения находящихся на линии деталей транспорте-
ром на последующие позиции, при этом новая деталь пере-
мещается с загрузочной на первую рабочую позицию, а
обработанная деталь снимается с последней позиции;
2) фиксации деталей и их зажима; 3) ускоренного подво-
да всех силовых головок (шпиндельных бабок, суппор-
тов и т.п.) с режущими инструментами с последующим
переключением на рабочую подачу и обработка деталей;
4) быстрого отвода в исходное положение по окончании,
обработки (каждой головки независимо от остальных);
5) расфиксацин и освобождения (отжима) всех деталей.
Различают следующие режимы работы линий: 1) ав-
томатический режим с непрерывным повторением циклов;
2) полуавтоматический режим работы одиночными цик-
лами; 3) специальные или частные режимы с исключени-
ем из автоматической работы отдельных станков; 4) на-
ладочный режим. Переход на тот или иной режим работы
производится переключателями схемы управления, ко-
торые устанавливаются иа центральном пульте.
При автоматическом режиме оператор да-
ет команду на первый цикл, т. е. пускает линию, а затем
циклы повторяются автоматически. Такой режим харак-
терен для случая автоматической загрузки деталей на
линию и снятия их с линии, хотя возможен и при ручном
выполнении этих операций, если продолжительность цик-
ла линии достаточна для их осуществления.
На рис. 13-5,а показана схема управления пуском
линии на автоматическую работу, во время которой кон-
364
такты ПР-t и ПР-2 переключателя режимов работы ли-
нии ПР замкнуты.. Все механизмы линии при пуске долж-
ны находиться в исходном положении, поэтому реле РИЛ
включено, и его контакт замкнут (в цепь катушки реле
РИЛ, не показанной иа схеме, включены контакты дат-
чиков исходных положений всех станков). Замкнуты
контакты переключателей режимов работы станков 1ПР,
2ПР и реле контроля РК1 и РК.2, а также включены кон-
такторы Л/ и К2 постоянно работающих двигателей аг-
Рис. 13-5. Схема управления пуском и остановкой линии.
регатов — гидронасосов, насосов охлаждения и смазки,
вращения ииструмеитов и др. При выполнении перечис-
ленных выше условий горит сигнальная лампа ЛС. На-
жатием кнопки Пуск КУ1 включается'реле цикла РЦ и
подается команда (иа схеме это не показано) на пуск
транспортера. Получает питание реле автоматической
работы РАР, которое предназначено для устранения воз-
можности самовключения механизмов линии при подаче
напряжения на схему управления. После начала цикла
контакты РИЛ размыкаются, лампа ЛС гаснет. По окон-
чании цикла, когда линия приходит в исходное положе-
ние, снова включается реле РИЛ, и поскольку реле РЦ
остается включенным, то образуется посредством РИЛ и
РЦ команда (на схеме этого не показано) на- повторный
пуск транспортера, т. е. на начало нового цикла и т.д.
Если загрузка деталей на линию производится вруч-
ную, то применяется полуавтоматический ре-
жим работы, при котором для повторения цикла
385
оператору нужно подать команду. В этом случае кон-
такт ПР-2 разомкнут. Пуск линии производится опера;
тором каждый раз после загрузки детали и- окончания
цикла линии нажатием кнопки Пуск КУ1. Для умеиь-
шения непроизводительного времени и для облегчения
труда оператора при полуавтоматическом режиме вво-
дят запоминание команды На пуск линии, так называе-
мый предварительный пуск линии, например по схеме на
рис. 13-5,6. Рабочий,
произведя загрузку де-
тали и не дожидаясь
окончания цикла, нажи-
мает кнопку Пуск КУ1.
При этом включается и
становится на самопита-
ние реле РПВ. После
окончания цикла работы
линии включается реле
исходного Положения
РИЛ, затем получает пи-
тание реле РЦ, и цикл ра-
боты повторяется. Во
время отработки одного
из первых движений ца
линии контактом реле
РД1 отключается реле
РВП (затем контакт РД1
вновь замыкается). От-
№/ рт рпг
pap Pin рпг
рпт рпг
РЧО
Рис. 13-6. Схема переключения
режимов работы автоматичес-
кой линии.
мена команды на автоматический выпуск линии произ-
водится нажатием кнопки КУ2.
В наладочном режиме все механизмы линии управ-
ляются от отдельных кнопок или переключателей и ра-
ботают в толчковом режиме. Этот режим применяется
при наладке линий, регулировке срабатывания датчи-
ков, смене и настройке режущих инструментов и др.
Кроме того, с помощью наладочных кнопок приводятся
в исходное положение все Механизмы линии после ава-
рийных остановок для дальнейшего возобновления ав-
томатической работы линии.
На рис. 13-6 показана схема .переключения режимов
работы автоматической линии. Переход из Одного режи-
ма в другой производится переключателем режимов ПР.
При этом аппараты управления в наладочном режиме
получают питание от отдельной цепи через толчковые
. 866
кнопки КУ1—КУ4- Каждая толчковая кнопка управляет
Включением только одной исполнительной цени Pl, Р2
$9. А. Для того чтобы избежать возникновения ложных
цепей при замыкании контактов РП1 и РП2, что привело
бы к одновременному включению различных исполни-
тельных аппаратов, можно использовать: а) размыкаю-
щий контакт наладочной кнопки КУ1 (показано в цепи
реле Р1)‘, б) контакты отдельных реле автоматической
работы РАР (цепь Р2); в) диодную развязку (цепь ре-
ле РЗ); г) двухобмоточные реле (реле Р4).
Специальные режимы работы автомати-
ческих линий применяют при выходе одного или не-
скольких станков линии из строя. В таких случаях линия
может продолжать работать в автоматическом режиме,
В пропущенные операции выполняются иа отдельных
Станках.
В схеме управления должны быть предусмотрены
два вида выполнения останова линии: предвари-
тельный останов, при котором отключение линии
происходит после окончания цикла (для автоматическо-
го режима работы линии), и аварийный, вызываю-
щий немедленную остановку агрегатов линии на любом
Этапе ее работы (см. рис. 13-5,а). Предварительный ос-
танов осуществляется нажатием кнопки КУ2. При этом
отключается реле РЦ, и после отработки цикла линия
останавливается. Аварийный останов производится кноп-
кой КУЗ. В этом случае теряет питание также реле авто-
матической работы РАР, и отключаются все аппараты
связи. Повторный автоматический пуск возможен лишь
после того, как все механизмы линии будут приведены
в исходное положение.
13-3. ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ АВТОМАТИЧЕСКИХ ЛИНИЯ
Электрооборудование автоматических линий состоит
из большого количества двигателей, электромагнитов,
контакторов и магнитных пускателей, кнопок и перек-
лючателей управления, путевых выключателей, различ-
ных реле: времени, контроля давления и скорости, бло-
кировочных, промежуточных и др. Перечисленные эле-
менты электрооборудования устанавливаются на станках
для их привода и обеспечения различных технологиче-
ческих операций и вне станков для приведения в дейст-
вие транспортных устройств, для переключения станков
с одного режима на другой и т. п. Для четкой и беспе-
367
ребойной работы всех механизмов автоматической ли*
иии необходимо, чтобы электрические двигатели и апг
параты были надежны и имели большой срок службы."
' Рассмотрим технические особенности современного элек-
трооборудования, специально спроектированного приме-
нительно к условиям монтажа и эксплуатации автома-
тических станочных линий.
Электродвигатели. В автоматических линиях глав-
ным образом применяются асинхронные короткозамк-
нутые двигатели защищенного и закрытого обдуваемого
. исполнения мощностью от 0,6 до 40 кВт, которые непо-
средственно включаются в силовую сеть с помощью кон-
такторов. В некоторых Случаях используются многоско-
ростные асинхронные двигатели. Двигатели постоянного
тока применяются редко, так как обычно приводы
станков линий не требуют плавного регулирования
скорости. С освоением выпуска асинхронных двигателей
новой серии 4А появилась возможность применять в
''станках автоматических линий встраиваемые двигатели
типа 4АВ и двигатели типа 4АЕ со встроенным электро-
магнитным тормозом.
Электромагниты. В схемах управления линиями элек-
тромагниты толкающего или тянущего действия пред-
назначаются для осуществления быстрых прямолиней-
ный перемещений элементов гидро- и пневмооборудова-
ння (гидрозолотников, тормозных колодок и т.д.).
Широкое распространение получили: 1) однофазные
длинноходовые электромагниты управления серии ЭД
переменного тока с втягивающими катушками на UHOM=
= 110, 127, 220, 380 и 500 В, имеют длину хода якоря от
10 до 40 мм, развивают усилие от 4 до 250 Н, выпуска-
ются десяти типоразмеров (ЭД02, ЭДОЗ..........ЭДН);
• 2) однофазные короткоходовые электромагниты управ-
ления серии МТ рассчитаны для включения в цепь пе-
ременного тока напряжением от 36 до 500 В, имеют дли-
ну хода якоря от. 5 до 15 мм, развивают усилие от 4 до
150 Н, серия состоит из восьми типоразмеров (МТ22,
МТ32..... МТ92); 3) короткоходовые электромагниты
управления- постоянного тока серии ЭУ рассчитаны для
включения иа 1/Ном—12, 24 и 48 В, с ходом якоря от 5 до
15 мм и тяговым усилием от 4 до 100 Н, серия состоит
из восьми габаритов (ЭУ20, ЭУЗО,..., ЭУ90). Все указан-
ные типы электромагнитов предназначены для работы с
ПВ=100%, ио допускают работу в режиме ПВ=40%.
Зр8,
Выпускаются электромагниты с ПВ=15% при продол-
/ жительности одного цикла ие более 10 мин.
В связи с внедрением в схемах управления линиями
малогабаритной аппаратуры проводной связи более це-
лесообразным является использование электромагнитов
постоянного тока, которые имеют ряд преимуществ: ис-
ключается гудение магнитной системы, отсутствуют пус-
ковые токи и перегрев катушек при неполном втягивании
якоря, отличаются более высокой надежностью и долго-
вечностью.
Кнопки управления. В автоматических линиях они
. служат для выдачи команд на включение или отключение
различных электрических аппаратов, получения кратко-
временных команд при работе станков в наладочном ре-
жиме. Для легкого доступа к аварийным кнопкам они
выполняются с нажимными штифтами в виде «грибка».
Все кнопки управления, используемые в автоматической
линии, должны иметь поясняющие надписи над нажим-
ным штифтами, например: ПУСК, СТОП, ЗАЖИМ,
ОТЖИМ, ВПЕРЕД, НАЗАД и т. д. Промышленность вы-
пускает кнопки серии КЕ и кнопочные посты управле-
ния серии ПКЕ. Указанные аппараты допускают комму-
тацию в электрических цепях управления напряжением
до 500 В переменного тока и до 220 В постоянного тока
при номинальном токе 6 А.
- Путевые и конечные выключатели широко применя-
ются в линиях для контроля различных перемещений в
станках и транспортных устройствах, для подачи команд
на загрузку и разгрузку станков и выдачи команд управ-
ления с перемещающихся механизмов. Путевые выклю-
чатели обычно устанавливают на неподвижных узлах
станков или механизмов, а воздействие на их штифт или
рычаг осуществляется движущимся упором механизма,
когда он достигает определенной точки пути. При пере-
мещении штока (рычага) происходит переключение кон-
тактов, а после отхода упора пружина возвращает кон-
тактную систему в исходное положение.
Промышленность выпускает контактные выключатели
серии ВПК-2000 на две цепи и ВПК 4000 на три и че-
тыре цепи с размыкающими и замыкающими контакта-
ми мостикрвого типа, способных коммутировать электри-
ческие цепи управления переменного тока напряжением
до 500 В при /Иом^6 А и постоянного тока напряжением
220 В при Zhom<4 А. Каждая из серий состоит из девяти
24—612
362
тнпоисполнений, отличающихся по роду защиты от воз-
действия окружающей среды и виду приводного эле-
мента.
Помимо указанных переключателей в станкостроении
широкое распространение получили микропереключате-
ли серий МП-1000 и МП-2000, отличающиеся высокой
коммутационной способностью при небольших габаритах
(Лгом=4 А прн 500 В переменного тока и /ООМ=2,5 А при
220 В постоянного тока), высокой износостойкостью и
надежностью в работе (до 10 млн. механических вклю-
чений и до 1,6 млн. коммутаций), различным исполне-
нием по способу присоединения проводов. Микропере-
ключатели могут устанавливаться иа подвижных и не-
подвижных частях станков.
В настоящее время для автоматических линий нахо-
дят все большее применение бесконтактные путевые вы-
ключатели (см. ниже) типов-БВК-24, БСГ1-11 и другие,
у которых отсутствуют подвижные контактные элемен-
ты, что значительно уменьшает износ, увеличивает срок
службы выключателя и позволяет ему работать при
больших скоростях переключения.
Командоаппараты (переключатели управления) в
автоматических линиях предназначаются для переключе-
ний в цепях управления при выборе режимов работы и
для непосредственного включения различных маломощ-
ных токоприемников (приводных механизмов, электро-
магнитных муфт и др.) в наладочных режимах. Различа-
ют переключатели управления с перекидными ручками —
тумблеры и крестовые переключатели и с вращающими-
ся рукоятками типа УП-5100. Последние позволяют
коммутировать большое количество электрических цепей,
одновременно заменяя воздействие иа несколько кнопок
в различных комбинациях. В настоящее время выпуска-
ются пакетно-кулачковые переключатели серии ПКУ2,
представляющие собой пакет однотипных пластмассовых
секций с контактной системой каждая. Подвижные кон-
такты секций приводятся в действие кулачкамй, наса-
женными на общий вал. Число коммутируемых цепей до
12, число коммутационных положений рукоятки 4. Но-
минальный ток переключателя 6 А при-напряжении 500 В
переменного тока и до 220 В постоянного тока.
Бесконтактные логические элементы. С ростом про-
изводительности агрегатных станков и автоматических
линий возрастает число хонтакто-срабатываний в час н
370
Частота включений, увеличивается механический и элек-
трический износ релейно-контактных аппаратов, что огра-
ничивает их надежность. Кроме того, все контактные ап-
параты нуждаются в систематическом надзоре и регули-
ровке. Неисправность аппаратуры приводит' к дорого-
стоящему простою линии, иногда к длительному, так как
часто бывает трудно обнаружить такую неисправность.
В последние годы в
схемах электроавтомати-
ки станков стали приме-
няться бесконтактные
электрические аппараты,
у которых нет движущих-
ся частей и контактов,
поэтому они имеют-боль-
ший срок службы, кото-
рый не зависит от нагруз-
ки. Указанные элементы
не требуют регулировки и
постоянного надзора в
процессе эксплуатации.
Отечественная про-
мышленность выпускает
различные бесконтактные
аппараты (магнитные и
полупроводниковые реле,
путевые переключатели и
др.), которые подобно
релейно-контактным ап-
паратам могут находить-
ся в одном из двух про-
тивоположных состояний
Включено или Выклю-
Лоеический Релейно-контакт-
зле мент ный зкбибалент
Рис. 13-7. Основные логические
элементы и их релейные эквива-
ленты.
чено, что соответствует логическим понятиям ДА или
НЕТ. При таком представлении работы реле со-
стояния их входных и выходных цепей удобно описывать
цифрами 1 и 0. Для контактных реле цифра 1 означает,
что данная цепь замкнута (сигнал равен единице), циф-
ра 0 — цепь разомкнута (сигнал равен 0). Аналогично,
если какой-либо контакт замкнут, его состояние харак-
теризуется цифрой 1, если разомкнут — цифрой 0.
Для бесконтактных аппаратов и элементов наличие
напряжения на входе или выходе указывается цифрой 1,
а отсутствие его — цифрой 0.
24*
371
Бесконтактные устройства, применяемые для реали-
зации логических функций в системах управления, назы-
вают бесконтактными логическими элементами (БЛЭ).
Эти элементы получают наименование по выполняемым
ими логическим функциям. Элемент, у которого при по-
даче сигнала а на вход появляется сигнал х=а на вы-
ходе,- называется повторителем (рис. 13-7,а). Такой ЛЭ
служит в схеме управления для задержки на такт управ-
ляющего сигнала. Действие повторителя аналогично
включению реле X контактом а в релейной схеме
(рис. 13-7,6).
Если при подаче сигнала а на вход ЛЭ сигнал х на
его выходе исчезает, то такой ЛЭ называет инвертором
или элементом НЕ. Его логическую функцию в этом слу-
чае обозначают $==а, где черточка над буквой а обозна-
чает операцию отрицания (инверсии). Условное обозна-
чение элемента НЕ и эквивалентная ему релейно-кон-
тактиая схема показаны на рис. 13-7,виг.
Логические элементы могут иметь несколько входов:
два, три и более. Если сигнал на выходе такого элемента
появляется при подаче сигнала на любой один из его
входов, то элемент реализует логическую функцию ИЛИ, -
которая запишется в виде x—ai+a2. На рис. 13-7, дне
даны обозначения элемента ИЛИ и эквивалентная релей-
но-контактная схема.
Логический элемент, сигнал на выходе которого появ-
ляется лишь при наличии сигналов на всех его входах,
выполняет логическую функцию И, которая выражается
формулой x—ai‘a-ras. Обозначение элемента И и схе-
ма его релейно-контактного эквивалента показаны на
рис. 13-7, ж и з. Катушка реле X получит питание толь-
ко при одновременном замыкании контактов щ, а2 и аз,
принадлежащих трем различным аппаратам.
Посредством элементов И, ИЛИ, НЕ, являющихся
основными, могут быть собраны бесконтактные схемы
- автоматического управления, заменяющие любые релей-
но-контактные. Это вытекает из того, что все релейные
схемы составляются из различных сочетаний последова-
тельных и параллельных соединений замыкающих н раз-
мыкающих контактов и катушек реле. Комбинацией эле-
ментов одного вида или сочетанием свойств элементов
И, ИЛИ, НЕ в бдном элементе можно реализовать и
другие функциональные зависимости, а также получать
многофункциональные ЛЭ с несколькими выходами.
872
Г -
Логические бесконтактные элементы могут быть вы-
полнены на электронных лампах, полупроводниковых
диодах и транзисторах, на магнитных и ферритовых сер-
(Д дечниках. В схемах управления станками и станочными
линиями наибольшее применение нашли транзисторные
7g- логические элементы серии «Логика-Т».
. Мощность выходных цепей транзисторных логических
£ элементов не превышает 100—150 мВт, поэтому для
управления исполнительными устройствами (контакто-
рами, электромагнитами и др.) дополнительно при-
меняют транзисторные выходные усилители Т-300.
В качестве выходного узла логических устройств
управления элементами автоматики, вНлоть до осуществ-
£ ления частых пусков и остановок двигателей переменного
№.. тока мощностью до 1,1 кВт, используются также магни-
те «управляемые герметизированные контакторы КМПЗ
и КМГ14 (первые изготовляются открытыми, вторые —
в кожухе). Контакторы КМГ14 унифицированы по габа-
ритным и установбчным размерам с бесконтактными эле-
ментами «Логика-Т», что расширяет номенклатуру ло-
гических элементов и позволяет осуществлять их сов-
местную установку в блоках комплектных устройств.
Герметизация контактов обеспечивает независимость их
работы от условий внешней среды (повышенная влаж-
ность, пыль и др.), что повышает надежность контакти-
рования и исключает необходимость ухода за контакта-
ми в процессе эксплуатации.
В настоящее время в отечественном станкостроении
для решения различных задач автоматического управле-
ния начинают применяться новые логические элементы
серий И и М, выполненные на базе интегральных микро-
схем, и комплектные управляющие устройства с про-
граммируемой логикой (командоаппараты) серии УЛП.
Подобные системы используют на сверлильных, расточ-
ных и* других станках.
Элементы управления серии «Логика-И» предназна-
чены для применения в системах управления электропри-
водами, в устройствах сигнализации, измерения и защи-
ты. Элементы по своему назначению делятся на следую-
t щие группы:
логические, выполняющие функции НЕ, 4И (цифра
перед обозначением логической функции указывает чис-
ло входов) и др., имеющие обозначения И-101, И-102,*.,
.....И-119;
373
функциональные (И-201, И-202,...»И-206), предна-
значены для связи реле, датчиков с логическими элемен-
тами; *
времени (И-301), предназначен для получения за-
держки выходного сигнала относительно входного в пре-
делах от 0,01 до 10 с.
выходные усилители .(И-401, И-4б2,.... И-406), пред-
назначены для связи элементов серии «Логика-И» с ап-
паратами управления (реле, пускатели, контакторы
ит. д.).
Элементы (модули) матричной логики серии М пред-
назначены для построения логических схем автоматики
станков, автоматических линий и других промышленных
механизмов. Модули выполнены на микроэлектронной
элементной базе (микросхемы серии К511) и геркоиных
реле, используемых в качестве входной и выходной раз-
вязки. Конструктивно представляют собой печатные пла-
ты, набираемые в кассеты типа БУК-МЭК и БУК.-Б. Си-
стема состоит из следующих модулей:
модуля согласования МС1 (входная развязка};
модуля согласования МС2 (выходная развязка);
модуля логики МЛ1 (реализация операции И);
модуля логики МЛ2 (реализация операции ИЛИ);
модуля временной задержки МВ1 (реализация вы-
держки времени до 6 с) и др.
Использование модулей серии М в схемах управле-
ния станками позволяет уменьшить габариты и повы-
сить надежность комплектных устройств по сравнению
с контактным эквивалентом, снизить расход цветных ме-
таллов, монтажного и обмоточного проводов.
Универсальные устройства управления с программи-
руемой логикой серии УЛП (программируемые командо-
аппараты) предназначены для замены существующего
релейно-контактного оборудования систем управления с
разветвленной логикой. Устройства УЛП состоят из кас-
сет входов, кассет выходов, кассет управления, блока пи-
тания, пультов контроля и записи программы.
Принцип работы устройств УЛП заключается в по-
следовательном опросе входных сигналов, их логической
обработке и выдаче сигналов в выходные устройства
(каналы) по программ^, записанной в постоянной памя-
ти. Пульт записи посылает информацию в устройство
памяти как в ручном, так и в автоматическом (с перфо-
ленты) режиме, а также позволяет записать программу
874
на перфоленту. Пульт контроля позволяет контролиро-
вать информацию на шинах УЛП. а также выполнить
Й любую команду из списка команд в непрерывном или
Одиночном режиме.
В основу работы УЛП положен программный принцип
управления в отличие от аппаратного с неизменной ло-
гикой, применяемого в существующих релейпо-контакт-
ных схемах автоматики. Основное преимущество УЛП
заключается в том, что они позволяют легко изменять
логику работы оборудования, не требуя при этом пере-
монтажа электрооборудования. В этом случае достаточ-
но лишь изменить программу, заменив программоноси-
тель (перфоленту) или записав новую программу в
устройство постоянной памяти.
Бесконтактные путевые переключатели. Наряду с ЛЭ
в схемах управления станками применяются преобразо-
ватели пути, работающие без механического воздействия
со стороны движущегося упора. Широкое распростране-
ние получили бесконтактные переключатели щелевого ти-
па с транзисторными усилителями, работающими в гене-
раторном режиме. На рис. 13-8, а показан общий вид
такого переключателя типа БВК-24. Его магнитопровод,
размещенный в корпусе 4, состоит из двух ферритовых
сердечников 1 и 2 с воздушным зазором шириной 5—6 мм
между ними. В сердечнике / размещается первичная об-
мотка wK и обмотка положительной обратной связи w.c,
в сердечнике 2 — обмотка отрицательной обратной связи
Wo,c- Такой магнитопровод исключает влияние внешних
магнитных полей. Катушки обратной связи включены по-
следовательно-встречно. В качестве переключающего эле-
мента используется алюминиевый лепесток (пластинка) 3
толщиной до 3 мм, который может перемещаться в щели
(в воздушном зазоре) магнитной системы датчика.
Если лепесток находится вне сердечника, то разность
напряжений, индуктируемых в обмотках и’п.с и к'о.с, бу-
дет положительной, транзистор ПТ1 закрыт и генерация
незатухающих колебаний в контуре wK—СЗ (схема на
рис. 13-8, б) не возникает. При введении лепестка в щель
датчика связь между катушками wK и оу0,с ослабевает
(поэтому лепесток еще' называют экраном), на базу
транзистора ПТ1 подается отрицательное напряжение н
он открывается. В контуре wK—СЗ возникает генерация
и появляется переменный ток, который индуктирует ЭДС
в катушке шп,с в цепи базы транзистора. На переходе
375
эмиттер — база происходят детектирование переменной
составляющей коллекторного тока и реле РП срабаты-
вает.
Возникновение и срыв генерации происходят за 3—4
периода несущей частоты 2,5—3 кГц, т. е. время сраба-
тывания датчика составляет (1—2)-10~3 с, погрешность
срабатывания равна 1—1,3 мм при колебаниях напряже-
ния питания от 22 до 26 В. Переключатель БВК-24 отли-
чается высокой надежностью, большой допустимой час-
тотой срабатывания и быстродействием.
В станкостроении применяют также бесконтактные
путевые переключатели БСП и БРП с датчиком в виде
трансформатора с двумя вторичными обмотками, разомк-
нутым магнитопроводом и подвижным якорем. Погреш-
ность срабатывания переключателя БСП составляет
±0,2 мм.
13-4. СХЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ТРАНСПОРТЕРАМИ, ПОВОРОТНЫМИ
СТОЛАМИ И МЕХАНИЧЕСКИМИ КЛЮЧАМИ
Транспортеры автоматических линий приводятся в
действие от электро- или гидропривода. Для получения
376
возвратно-поступательного движения транспортера с
электроприводом используют кулйсный механизм. Не-
достаток этой системы состоит в том, что возможно сме-
шение детали на позиции, так как во время ее закреп-
ления транспортер возвращается в исходное положение.
Такие транспортеры применяются лишь на линиях с ма-
лым числом позиций, небольшим шагом и невысокой
точностью обработки. Транспортер с гидроприводом
обеспечивает более высокую точность остановки детали,
тек как‘шток гидроцилиндра в конце пути упирается в
жесткий упор и дальнейшее движение прекращается.
При обработке детали с нескольких сторон на разных
станках ее необходимо поворачивать. Для поворота де-
талей в вертикальной плоскости применяют поворотные
барабаны (кантователи), а в горизонтальной — поворот-
ные столы. Эти механизмы разделяют линии на участки,
которые обычно снабжаются отдельными транспортера-
ми. Поворотные столы и барабаны приводятся в движе-
ние в основном гидроприводами.
Для четкой работы отдельных агрегатов автоматиче-
ской линии необходима связь цепей управления станков
с цепями управления транспортеров. Эта взаимная связь
осуществляется путем подачи однотипных команд
(электрических сигналов), поступающих от всех станков
лйиии к транспортному устройству и, наоборот, от транс-
портного устройства ко всем станкам линии. К числу
необходимых и обязательных команд относятся:
а) команды, поступающие от станков к транспортным
устройствам (контроль исходного положения подвижных
узлов станка; переключение станков на автоматический
режим работы; окончание работы станков); б) команды,
получаемые от транспортного устройства (переключение
станков с наладки на автоматический режим н наоборот;
включение и отключение двигателей, вращающих инст-
рументы; окончание работы транспортера и разрешение
на включение станков в' работу).
На рис. 13-9 изображен узел схемы, предназначен-
ной для управления перемещениями транспортера одно-
го из участков автоматической линии. Для согласования
работы транспортера со станками служат реле РП1—
РП9, которые контролируют окончание загрузочных опе-
раций на станках. Катушки этих реле включены в схемы
управления станками. Пуск транспортера Вперед возмо-
жен только тогда, когда все силовые головки находятся в
377.
исходном состояние, детали расфиксироваиы и разжаты,
ври этом контакты реле РП1—РП9 замыкаются и вклю-
чается электромагнит хода Вперед Эмк После отработ-
ки транспортером заданного перемещения нажимается
путевой переключатель ВК2, отключается электромаг-
нит Эм1, включается промежуточное реле РПЮ и элек-
тромагнит хода Назад Эм2. Реле РП10 становится на са.-
Ряс. 13-9. Узел схемы управления движением транспортера линии.
мопитание. По окончании зажатия и фиксации деталей
нд всех позициях размыкаются контакты реле РП1—
РП9. В конце движения транспортера Назад размыкает-
ся контакт путевого выключатели ВК1 и Отключается
электромагнит Эм2. По окончании цикла, когда все си-
ловые головки придут в исходное положение, детали
расфиксируются и разомкнутся, вновь сработают реле
РП1—PJ19 и включится Эм1 и т. д. В.случае полуавто-
матического режима работы линии по окончаиии движе-
ния транспортера Назад отключится реле цикла РЦ и
повторения цикла не произойдет, пока не будет подана
соответствующая команда, включающая реле РЦ.
Последовательность действий отдельных элементов
автоматической линии иллюстрируется схемой, приве-
денной на рис. 13-10, где показаны циклограммы рабо-
ты одного нз станков линии и транспортера (рис. 13-10,а),
а также упрощенная схема управления приводом транс-
портера (рис. 13-10,6) с электрическим двигателем и
кулисным механизмом. Назначение конечных выключа-
телей: В КГ—контроль исходного положения силовых
головок (контакт В КГ условно изображает контакты со-
ответствующих конечных выключателей ВК1 всех сило-
вых головок станка участка); ВКТ1— контроль исход-
878 '
дав» положения транспортера; ВКТ2—контроль окон-
чания перемещения транспортера Вперед (при этом кон-
такт ВКТ2 замыкается)ВКО — контроль отжатия всех
обрабатываемых деталей (контакт ВКО условна изобра,-
Циклы ра доты:
транспортера станка
Рабочая Быстрый
Вперед подача подвод
Рис. 13-КХ Схема управления участком автоматической линии.
жает контакты соответствующих конечных выключате-
лей всех станков); ВКК — контроль - окончания обра-
ботки деталей на всех станках (контакт ВКК уелоава
изображает контакты соответствующих конечных вы-
ключателей ВКЗ всех станков). С помощью переключа-
теля ПУ можно избрать автоматический иди полу авто-
магический режим работы линии. Реле РПС, катушка
которого включена в схему пуска и останова линии, ис-
полняет команду Предварительный стоп линии. При вклю-
чении этого реле в процессе'работы линии (но при стоя-
щем транспорте) цикл линии полностью завершится, но
повторное включение линии (ручное или автоматическое)
будет невозможно, пока не будет отключено реле РПС.
Пусть линия работает в автоматическом режиме. Ес-
ли все силовые головки находятся в исходном положе-
нии (замкнут контакт ВКГ) н все обрабатываемые де-
тали отжаты (замкнут контакт ВКО), то при нажатии
на кнопку КнП включаются реле РП1, и срабатывает
контактор КТ. Получает питание двигатель ДТ, и при
этом освобождается от нажатия выключатель ВКТ1,
контакт которого замыкается. В конечном положении
транспортера замыкается контакт ВКТ2, и получает пи-
тание реле РПЗ, замыкающие контакты которого шунти-
руют контакт ВКТ2 и включают электромагнит зажима
ЭмЗ, условно изображающий электромагинты зажима
всех станков. После окончания зажима деталей размы-
кается контакт ВКО. и реле давления РДТ дрел коман-
ду на начало работы силовых головок. Двигатель ДТ
продолжает оставаться включенным, вращаясь в преж-
нем направлении, а транспортер кулисным механизмом
перемещается Назад.-При достижении исходного поло-
жения размыкается контакт выключателя ВКТ1, а так
как размыкающий контакт РПЗ разомкнут, то теряет
питание контактор КТ. отключая двигатель ДТ и реле
РПЗ. Замыкающий контакт реле РПЗ обесточивает ка-
тушку электромагнита ЭмЗ. По окончании процесса об-
работки деталей на всех станках замыкается контакт
ВКК. Включается и становится на самопитание реле
РП4. После возвращения силовых головок в исходное
положение и отжатия деталей на всех станках замыка-
ются контакты выключателей ВКГ и ВКО. Без воздей-
ствия на кнопку КнП вновь получает питание контактор
транспортера КТ, включается двигатель ДТ и цикл ра-
боты линии автоматически повторяется.
Для получения полуавтоматического режима работы
переключатель ПУ переводят в положение П. После на-
жатия кнопки КнП включается реле РП1, затем РП2,
и транспортер пускается в ход. В конце хода Вперед
включается реле РПЗ, а реле РП2 отключается. В даль-
нейшем схема управления двигателем транспортера ра-
880
5отает до окончания цикла так же, как и в автоматиче-
ском режиме. Но после возвращения транспортера в не-
модное положение работа линии не возобновится до тех
пор, пока оператор вновь не нажмет кнопку КнП и не
Включится реле РП1. Оператор может нажать кнопку
ДнЛ еще в процессе работы линии (но при стоящем
транспортере). Эту команду запомнит реле РП2, и по
Рис. 13-11. Схема управления поворотным столом линии.
окончании цикла произойдет автоматическое его првто-
рение.
Как отмечалось выше, для поворота деталей служат
поворотные столы и барабаны. Загрузка деталей на эти
механизмы производится транспортером при его движе-
нии вперед. По возвращении транспортера в исходное
положение стол с деталью поворачивается на рабочую
позицию. На рис. 13-11,6 изображена схема управления
поворотным столом. В исходном положении стола нажат
путевой переключатель ВКИС. В конце хода Вперед
транспортер упором нажимает иа путевой выключатель
ВКТ (рис. 13-11,а), срабатывает реле РТ н замыкает
свои контакты. После возвращения транспортера в ис-
ходное положение срабатывает путевой выключатель
ВК.ИТ, включая реле поворота стола РПС. Происходит
поворот стола, т. е. перемещение деталей на одну по-
зицию, во время которого специальный переключатель
ВКС отключает реле РТ. После окончания поворота
стола размыкается контакт переключателя исходного
положения ВКИС и реле РПС теряет питание. При но-
вом движении транспортера вперед цнкл работы стола
будет повторяться.
381
U-S. УПРАВЛЕНИЕ СТАНКАМИ АВТОМАТИЧЕСКИХ ЛИНИЙ
Как специальные, так я универсальные станки авто-
матических амивй обычно имеют самостоятельные схе-
мы управления, построенные в основном по принципу пу-
ти. Электрические схемы управления станками, так же
Рис. 13-12. Привцжшмим схема сяяовоА пени ивтомаптскоА
линии.
как и схемы линий, должны обеспечивать следующие ре-
жимы работы: автоматический (в линии), полуавтома-
тический (вне линия) и наладочный. Выбор того или
иного режима работы производится переключателем,
установленным на пульте управления станка.
В автоматическом режиме в схему стан-
ка от механизмов линии Подаются команды на пуск, пе-
реключение скорости движения и останова станка. При
полуавтоматическом режиме станок исключа-
ется из работы линии, управление им производится с от-
дельного пульта, и он может быть йспользован для об-
882
ботки деталей параллельно с другими ставками ли-
Каждый станок подает в схему управления линией
мацды, свидетельствующие о его режиме работы, кон-
.актами переключателей режимов ПР, а свидетельст-
вующие об исходном положении подвижных элементов —
замыкающим контактом ре-
Рис. 13-13. Схема управления
ступенчатым пуском постоянно
работающих двигателей.
ле РИЛ (см. рис. 13-5).
Схемы силовых цепей
автоматических линий дол-
жны иметь аппараты цент-
рализованного управления
в защиты, которые позволя-
ли бы включать и отклю-
чать все станки и механиз-
мы.
На рис. 13-12 изображе-
на схема силовой цепи авто-
матических линий. Подача
напряжения на схему про-
изводится включением от
руки вводного автомата
ВАВ. Питание к отдельным
станкам подается через ав-
томатические выключатели
BAI, ВА2 и т.д. Включение
главного контактора КГ
после включения автомата
ВАУ можно произвести
только с центрального пуль-
та управления линии нажа-
тием кнопки КУ1, а отклю-
чение — нажатием кнопки
КУ2, расположенной на том
же пульте, или кнопками
КУЗ....КУп, которые раз-
мещены на вспомогательных пультах. Трансформатор Тр
подключается к силовой цепи через автоматический вы-
ключатель ВАГ совместно с электродвигателем гидрав-
лики, Напряжение 12 В применяется для питания цепей
управления механизмами линии, а напряжение 24 В —-
для сигнальных ламп, установленных на центральном
пульте.
В автоматических линиях работаетЛ5ольшое количест-
Ж
во двигателей, которые включены постоянно, и управле-
ние ими не связано с циклом линии. "Сюда относятся
двигатели насосов охлаждения и смазки, гидронасосов,
транспортеров для удаления стружки, а иногда н двига-
тели привода инструментов. При значительной суммар-
ной мощности таких двигателей для уменьшения пуско-
вых токов и падения напряжения в цеховой сети приме-
няют ступенчатый пуск их по группам с автоматическим
управлением от пульс-пары (рис. 13-13).
Пуск двигателей производится оператором наежатием
на кнопку К«У (рис. 13-13, а). При этом включается ре-
ле РВ2 и своим контактом замыкает цепь катушки реле
РВ1, которое срабатывает и размыкает Контакт в цепи
реле РВ2. Но якорь реле РВ2 отпадает не сразу, а с вы-
держкой времени, так как напряжение на катушке этого
реле уменьшается постепенно за счет разряда конденса-
тора С2. Точно так же с выдержкой времени будет от-
ключаться реле РВ1, Такйм образом, реле PBi н РВ2
образуют пульс-пару — поочередно включаются и отклю-
чаются с выдержкой времени’ при отключении, величина
которой зависит от параметров цепочек и
R2—C2.
При включении реле РВ2 включается и становится на
самопитание контактор КЛ1 (рис. 13-13,6), вследствие
чего пускается первая группа двигателей. При отключе-
нии реле РВ2 включается контактор КЛ2, и пускается
вторая группа двигателей, ратем включается контактор
КЛЗ и т. п. Срабатывание последнего контактора
(в данном примере КЛ5) отключает пульс-пару от сети.
13-6. БЛОКИРОВКИ, АВТОМАТИЧЕСКИЙ КОНТРОЛЬ
И СИГНАЛИЗАЦИЯ НА СТАНОЧНЫХ ЛИНИЯХ
Для правильного выполнения заданной последова-
тельности движений, обусловленных, технологическим
процессом, и исключения возможности поломок долж-
ны осуществляться определенная связь и блокировки
между отдельными станками линии, транспортирующи-
ми и зажимными устройствами. Наиболее приемлемой и
гибкой является электрическая связь благодаря ком-
пактности' аппаратуры, дистанционному управлению,
легкости замены аппаратов н др.
Различают блокировки рабочего цикла (цикловые),
действующие только в автоматических режимах, и нала-
684
Блочные. В отличие от командных связей цикловые бло-
' кнровки не приводят непосредственно к каким-либо дей-
Бствиям или движениям, а только запрещают или разреша-
ют их. Например, блокировочные связи делают
возможным: 1) подвод силовых головок лишь в том слу-
г чае, когда обрабатываемая деталь зафиксирована и за*
г жата; 2) отжатие деталей только после отхода силовых
головок в исходное положение; 3) пуск транспортера
лишь при условии отжатия деталей и вывода фиксирую-
щих шпилек; 4) поворот стола только при нахождении
транспортера в исходном положении и т. д.
Наибольшую эффективность дают блокировки при
осуществлении их в функции прямых показателей кон-
тролируемых объектов или параметров. С этой целью
чаще всего Используются путевые переключатели и реле
давления. Первые контролируют положение подвижных
। узлов отдельных механизмов линии, а вторые срабаты-
вают, когда силовые головки с гидроприводом встречают
препятствие на пути своего движения или когда достиг-
нут заданный уровень давления в зажимном устройстве.
Наладочные блокировки применяются для
обеспечения безопасности при наладке станков линии и
предотвращения различных поломок механизмов вслед-
ствие неправильных действий оператора. Они осуществ-
ляются включением в наладочные цепи последовательно
с кнопками управления контактов других аппаратов, что
позволяет выводить или, наоборот, вводить в работу
любой станок линии или группу станков в любом соче-
тании.
Для облегчения труда оператора по наблюдению за
состоянием линии, предупреждению и нахождению неис-
правностей, которые могли бы привести к поломкам ин-
струмента или аварийному останову, в схемах управле-
ния линиями применяются различные устройства авто-
матического контроля. Эти устройства состоят из датчи-
ков, преобразующих изменения контролируемых пара-
метров в электрические сигналы, которые через усилите-
ли воздействуют на аппаратуру управления. Многочис-
ленные устройства контроля по своему назначению можно
’ разделить на три основные группы: контролирующие
темп работы линии и начало цикла; размеры обрабаты-
ваемых деталей; целость и износ инструмента.
Контроль т-емца работы применяют в слож-
ных линиях (рис. 13-14, а). В автоматическом режиме
i - 25-612 385
Рис. 13-14. Схема контроля
темпа (а) и начала цикла (б)
линии.
контакт реле РАР замкнут. С началом цикла линии
замыкается контакт реле РД1, включая реле времени
РВТ, выдержка времени которого превышает время цик-
ла линии. Если хотя бы один агрегат за установленное
время не.возвращается в исходное положение, то реле
РВТ срабатывает, отключает линию и дает сигнал о за-
держке темпа. При возвращении всех агрегатов в исход-
ное положение в установ-
ленное время это реле от-
ключается контактом ре-
ле РИЛ.
Очень часто в авто-
матических линиях стан-
ки одной группы начина-
ют цикл одновременно.
Однако если какой-либо
станок остался в исход-
ном положении, то может
получиться брак в обра-
ботке деталей. Поэтому
применяют контроль на-
чала цикла в функции
времени (рис. 13-14,6).
В исходном положении I
агрегатов замкнуты кон-
такты
КИ1, КИЗ... и контакт
реле РАР. При подаче
команды на начало цикла
срабатывает реле РЦ и своим контактом подключает ре-
ле РНЦ, которое становится на самопитание и включает
электронное реле времени РВЭ, дающее при включении
выдержку времени в несколько секунд. Если какой-либо
станок остался в исходном положении, то будет замкнут jj
соответствующий этому станку контакт КИ, останется
включенным и реле РНЦ. Реле РВЭ сработает, подавая ’
сигнал на включение реле контроля РК.1, РК2..., что при-
водит к запрещению начала следующего цикла работы
линии (см. рис. 13-5, а).
В станочных линиях различают два вида автоматиче-
ского контроля размеров: пассивный и активный. При
пассивном контроле в случае отклонения раз-
меров от заданных значений происходит прекращение об-
работки, и отдельные агрегаты или вся линия останавли-
переключателей
386
ваются. При активном контроле сначала пода-
ется команда на автоматическую подналадку
инструмента в связи с его износом, а когда нужный раз*
t. мер будет достигнут, подается команда на прекращение
' подналадки.
В обоих случаях контроля чаще всего применяют
электроконтактные датчики размеров (электроконтакт-
ные головки). Для увеличения срока службы таких дат*
Чиков ток в цепи их контактов должен быть мал, поэто-
му они включаются в схему через полупроводниковые
усилители (см. схему на рис. 11-9,6).
Режущие инструменты, число которых на станочных
линиях исчисляется сотнями, в процессе обработки де-
талей изнашиваются, могут ломаться, во избежание
брака надо следить за их состоянием и своевременно
менять. Для облегчения работы операторов применяет-
ся автоматический контроль износа и це-
лости инструмента. Инструменты, имеющие примерно
одинаковую стойкость, разбиваются на группы, и конт-
роль за их износом производится путем подсчета числа
циклов, отработанных этими инструментами. Когда чис-
ло циклов достигнет установленного значения, специаль-
ный прибор подает в схему управления сигнал на смену
соответствующих инструментов.
Контроль целости инструмента производится посред-
ством автоматического ощупывания инструмента специ-
альными щупами в конце каждого цикла обработки.
В схемах управления автоматическими линиями, ко-
торые могут состоять из десятков станков и механизмов,
применяется большое количество различных электриче-
ских аппаратов, и в случае возникновения неисправно-
стей приходится тратить гораздо больше времени на их
нахождение, нежели на устранение этих неисправностей.
Для облегчения наблюдения за работой механизмов,
а также для ускорения отыскания причин и мест неис-
правностей на автоматических линиях широко приме-
няются сигнальные устройства. Наибольшее распростра-
нение в схемах управления линиями получила световая
сигнализация с помощью сигнальных ламп различной
мощности и габаритов, которые устанавливаются на
пультах и в шкафах управления. Звуковая сигнализация
в станочных линиях применяется реже. В качестве сиг-
нальных устройств в таких случаях применяют электри-
ческие сирены или гудки, извещающие о начале работы
£5»
387
Рис. 13-15. Схема сигнализации о
выполненных движениях.
пример при глубоком
линии, о нарушениях, связанных с опасностью для об-
служивающего персонала, и т. п. •
По своему назначению сигнализация подразделяет-
ся на два вида: известительную — для наблюде-
ния за состоянием и положением механизмов линии и
ава рийно-предупредительну.ю, сигнализирую-
щую о срабатывании различных контрольных устройств.
При световой сигнализа-
ции о состоянии контро-
лируемого объекта наи-
более удобным является
использование мигания
сигнальных ламп при
срабатывании контроль-
ных устройств. В данном
случае световое состоя-
ние ламп будет означатьз
горение вполнакала —
целость нити накала лам-
пы: полный накал — нор-
мальное состояние конт-
ролируемого объекта; ми-
гание — аварийное со-
стояние.
В станках, выполня-
ющих большое число дви- •
жений за один цикл, на-
сверлении, недостаточно
знать, в каком положении находятся подвиж-
ные элементы станка в момент останова линии. В этом
случае оператор должен знать, какие движения соверша-
лись. Схема сигнализации о выполненных движениях по-
казана на рис. 13-5. После подачи команды на первое
движение (например, на быстрый подвод БП) замыка-
ется контакт К1, и загорается вполнакала сигнальная
лампа ЛС1. После окончания этого движения подается
команда на следующее движение (предположим, на чер-
новую подачу ЧП), одновременно замыкаются контак-
ты К2, и лампа flCl включается на полное напряжение,
а лампа ЛС2 загорается вполнакала. Когда закончится
второе движение, то замкнутся контакты КЗ (команда
иа доводочную подачу ДП), н лампа ЛС2 загорится яр-
ко, а лампа ЛСЗ—вполнакала и т.д. Электроаппараты
контроля KI, К2 и т. д. в данной схеме ''остаются
388
включенными до конца цикла, поэтому после останова
линии ярко горящие лампы будут указывать закончен-
ные движения, а горящие вполнакала — незаконченные.
.«Проверка исправности сигнальных ламп производится
«нажатием кнопки КУ, которая одновременно подает пол-
I ное напряжение на все лампы через диоды Д1—Ц.З.
Глава четырнадцатая
ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ УСТАНОВОК
ЭЛЕКТРОЭРОЗИОННОЙ И УЛЬТРАЗВУКОВОЙ
ОБРАБОТКИ
14-1. УСТАНОВКИ ЭЛЕКТРОЭРОЗИОННОЙ ОБРАБОТКИ
Электроэрозионная обработка стали, твердых спла-
вов и других токопроводящих материалов является од-
ной из разновидностей электротехнологии — методов
размерной обработки, в основу которых положено ис-
пользование термического, химического или комбиниро-
ванного действия электрического тока. Она применяется
в тех случаях, когда обработка материалов обычными
механическими способами резания связана с большими
трудностями, а йодчас и вообще невозможна.
Электроэрозионная обработка основана на эффекте
полезного съема металла с обрабатываемой заготовки
в результате теплового воздействия коротких во време-
ни униполярных импульсов электрической энергии. Эта
энергия выделяется в канале электрического разряда
между поверхностью заготовки (детали) и электродом-
инструментом, погруженным в жидкую среду (керосин,
соляровые, или машинные масла, дистиллированную и
техническую воду). Следующие друг за другом через
промежуток электрод — заготовка импульсные разряды
с амплитудой тока в сотни и тысячи ампер выплавляют
и испаряют микропорции материала заготовки. Капли
и пары расплавленного материала благодаря избыточ-
ному давлению в области разряда выбрасываются за ее
пределы и застывают в рабочей жидкости в виде мелких
частиц, не осаждаясь на электроде-инструменте. Послед-
ний, таким образом, получает возможность внедряться в
заготовку. Весьма ценно то, что при электроэрозионной
- обработке отсутствует необходимость в инструментах
389
более твердых, чем обрабатываемый материал. Любые
материалы* могут быть обработаны электродами-инстру-
ментами из меди, латуни, алюминия, чугуна и графити-
рованного материала, изготовленными на обычных ме-
таллорежущих станках. Электрод-инструмент при элек-
троэрозионной обработке служит для подведения
импульсов электрической энергии к определенным уча-
сткам заготовки. Механического воздействия на деталь
он не оказывает. Операции, выполняемые таким спосо-
бом, получили название копировально-прошивочных.
Различают два вида электроэрозионной обработки:
электроимпульсную, при которой используется дуговая
форма электрического разряда, и электроискровую, для
которой типична искровая форма разряда. При элект-
роискровой обработке импульсами (с энергией
импульса от сотых долей до единиц джоулей и продол-
жительностью /и<10~4 с) большой частоты (до десят-
ков и сотен килогерц) деталь, как правило, является
анодом (так называемая прямая полярность). Элект-
роимпульсная обработка производится более
широкими импульсами (с энергией от единиц до не-
скольких десятков джоулей и с) меиьшей час-
тоты (до сотен и тысяч герц) и обычно при обратной
полярности, когда деталь является катодом.
Производительность электроэрозионной обработки —
количество снимаемого с детали металла в единицу вре-
менц и износ электрода-инструмента зависят от мощно-
сти, частоты и длительности импульсов, их полярности
и формы, состава рабочей жидкости, материала дета-
ли и инструмента. Поэтому для каждого конкретного
случая обработки имеется свой оптимальный режим,
т.е. наилучшее сочетание упомянутых факторов.
Электроэрозионная обработка используется при про-
изводстве деталей электрических машин для прошива-
ния отверстий (круглых н сложного профиля), прореза-
ния канавок, пазов и шлицев, изготовления матриц штам-
пов, обработки полостей пресс-форм, изготовления и
профилирования твердосплавных резцов, шлифования
плоскостей постоянных магнитов и т.д. Электроимпульс-
ная обработка производительнее и экономически вы-
годнее электроискровой благодаря использованию более
мощных импульсов. В свою очередь электроискровая
обработка позволяет получить бодее высокую точность
н чистоту поверхности.
390
Электроэрозионные станки. Электроэрозионная об-
работка производится на станках, которые делятся на
копировально-прошивочные, шлифовальные, разрезные
и специальные. Наибольшее распространение получили
копировально-прошивочные станки, которые могут быть
в обычном исполнении, повышенной точности и преци-
зионными. К станкам этой группы относятся, такие, на-
пример, как тяжелый электроимпульсный станок модели
4726, потребляющий мощность 60 кВт, на котором мож-
но обрабатывать детали массой до 9800 кг (ковочные
штампы, пресс-формы и всевозможные детали сложного
профиля) с наибольшей производительностью до
10 см3/мин при- четвертом классе чистоты поверхности
(по стали). Электроискровой станок повышенной точ-
ности модели 183 имеет мощность 7 кВт и предназначен
для деталей массой до 250 кг при производительности
До 0,02 г/мин в режиме обработки с чистотой поверхно-
сти пятого класса (по стали). Прецизионный электро-
эрозионный станок модели 150 мощностью 0,8 кВт слу-
жит для получения малых отверстий с точностью рас-
положения их центров ±0,003 мм.
На рис. 14-1 показан универсальный станок модели
183. Его основные узлы: основание 1 со стойкой 10; ван-
на 2 с рабочей жидкостью; продольный суппорт 8 с по-
воротным кругом, перемещающийся по направляющим
9 стойки; поперечный суппорт с рабочей головкой 7,
который может перемещаться по направляющим 6, за-
крепленным на поворотном круге; электрододержатель
5; стол 3, укрепленный на жестком угловом кронштей-
не 4 стойки (между столом и кронштейном проложена
изоляционная плита); панель управления 11. Механизм
подачи с электроприводом, находящийся в рабочей го-
ловке, обеспечивает движение подачи электрода-инст-
румента по продольной оси головки. На столе станка
могут устанавливаться детали с размерами до 1100Х
X400X120 мм.
После закрепления детали на столе производят на-
стройку положения электрода-инструмента при помощи
маховичков. Затем ванну с жидкостью поднимают, пока
деталь не погрузится полностью в жидкость. Далее
включают ток и опускают электрод-инструмент до по-
явления первых искровых разрядов. Дальнейшая обра-
ботка по направлению подачи электрода происходит
автоматически под наблюдением по приборам.
391
На станке модели 183 могут выполняться разнооб-
разные операции, в том числе перечисленные выше,
включая шлифование (с применением приспособлений
к станку).
Рис. 14*1. Электроэрозионный станок модели 183.
Генераторы импульсов. Для нормального хода про-
цесса размерной электроэрозионной обработки необхо-
димо, чтобы через промежуток между электро-
дом-инструментом и деталью проходил стабильно под-
держиваемый импульсный ток и предупреждался бы
892
й1*
Ж’ переход импульсного разряда в непрерывный дуговой
разряд. Формирование импульсов тока осуществляется
fc ?'•'€ прмошью специальных генераторов импульсов. В Ha-
lf' стоящее время применяют многочисленные схемы та-
F ких генераторов, отличающихся друг от друга по прин-
г* цнпу действия и по производимому ими технологически-
*;• му эффекту.
Рассмотрим некоторые типичные варианты генерато-
ров импульсов, принципиальные схемы которых приве-
дены на рис. 14-2.
В релаксационном генераторе типа RC (рис. 14-2, а)
от источника постоянного тока ИПТ с напряжением
100—250 В через токоограничивающее сопротивление /?
конденсатор С запасает некоторое количество энергии.
Напряжение на конденсаторе повышается до С7пр, при
котором происходит пробой промежутка между электро-
дом-инструментом Э и деталью Д. Запасенная в конден-
саторе энергия выделяется в промежутке Э — Д в виде
импульса тока «и. По мере разряда конденсатора напря-
жение на нем падает и через некоторое время становит-
ся меньше значения, при котором может поддержи-
ваться проводящее состояние промежутка Э — Д. Ток 4
быстро уменьшается, а затем прекращается. Сразу же
начинается заряд конденсатора, и описанный процесс
393
повторяется с определенной частотой, зависящей от па-
раметров схемы. Регулирование частоты следования и
параметров импульсов осуществляется путем изменения
емкости конденсатора С (подключением разных конден-
саторов). Генератор RC дает импульсы большой часто-
ты (до 200 Гц) и скважности. Скважность q импульса—
отношение интервала времени между соседними импуль-
сами ко времени существования импульса. Большой
скважностью обычно считают значения 30—10>?>5
(типично для электроискровой обработки), малой—
q<b (типично для электронмпульсной обработки).
Средняя мощность генераторов типа RC — от 0,05 до
10 кВт. Основные их достоинства — простота и надеж-
ность.
На рис. 14-2,6 приведена принципиальная схема ма-
шинного генератора импульсов типа МГИ. Импульс
энергии подается на промежуток Э — Д через токоог-
раничивающее сопротивление R от специального индук-
торного генератора МГИ на частоту 400 Гц со щеточным
коммутатором для получения униполярного напряже-
ния на выходе генератора. Генераторы такого типа дают
мощные импульсы (десятки киловатт) с малой скваж-
ностью и применяются для режимов черновой обработ-
ки. Другие конструкции машинных индукторных генера-
торов типа МГИ рассчитаны на более высокие частоты.
В настоящее время распространение получили также
- широкодиапазонные генераторы импульсов на транзи-
сторах (рис. 14-2,в). Задающий частоту импульсов ге-
нератор ЗГ через промежуточный усилитель ПУ отпи-
рает на заданное время силовой транзисторный блок
СБ (большое число транзисторов здесь включено па-
раллельно; они работают в режиме ключа). Блок СБ
присоединен к источнику питания ИП (выпрямителю) с
напряжением 50—60 В. Одновременно поджигающий
блок ПБ выдает короткий импульс напряжения ампли-
тудой 150—300 В (поджигающий импульс), который
пробивает промежуток Э — Д. Теперь по промежутку
Э — Д по цепи от источника питания ИП через блок
СБ и разделительный диод ДР проходит импульс тока
заданной формы, амплитуды и длительности. Широко-
диапазонные транзисторные генераторы импульсов типа
ШГИ обеспечивают среднюю мощность на выходе до
4 кВт при частотах от 0,1 до 440 кГц при любой требуе-
мой скважности импульсов.
394
/Автоматические регуляторы. В процессе электроэро-
зионной обработки по мере удаления материала обраба-
тываемой детали и износа электрода-инструмента Про-
исходит увеличение промежутка Э — Д. Поэтому необ-
ходимо непрерывное сближение электрода с деталью.
Оно обеспечивается при помощи автоматического регу-
лятора подачи Электрода, поддерживающего определен-
ную величину промежутка Э — Д, соответствующую
заданному режиму обра-
ботки.
На рис. 14-3,а пока-
зана электрическая схе-
ма простейшего автома-
тического регулятора с
так называемым непо-
средственным включени-
ем (без усилителя). Для
привода подачи электро-
да-инструмента использу-
ется двигатель постоян-
ного тока с независимым
возбуждением. Якорь дви-
гателя Д включен в диа-
гональ моста, плечи ко-
торого образованы по-
тенциометром /?Рег, токо-
ограничивающим рези-
стором генератора им-
пульсов типа RC и раз-
Рис. 14-3. Электрические схемы
автоматических регуляторов элект-
роэрозионнйх станков.
рядным промежутком
Э — Д. Обмотка возбуждения двигателя ОВД питается
от источника постоянного тока генератора импульсов.
Двигатель Д — специального исполнения обладает вы-
сокой чувствительностью к изменению напряжения и
тока якоря. Напряжение и ток трогания двигателя не
более 3 В и 0,16 А.
Контролируемым параметром для регулятора явля-
ется среднее напряжение на промежутке Э — Д. Если
режим обработки соответствует заданному, то мост сба-
лансирован и двигатель неподвижен. Когда среднее на-
пряжение на промежутке Э — Д отклоняется от задан-
ного в ту или иную сторону, на якоре двигателя
появляется напряжение соответствующей полярности,
двигатель начинает вращаться, перемещая при помощи
395
ходового винта электрод-инструмент в нужном направ-
лении. Заданное среднее напряжение устанавливается
потенциометром fip*,.
С целью повышения чувствительности регулятора
применяют схемы питания якоря двигателя подачи элек-
трода через промежуточный усилитель (электромашин-
ный, транзисторный или тиристорный), на входе кото-
рого производится измерение отклонения контролируе-
мого параметра от заданного значения.
Для примера на рис. 14-3,6 приведена схема регуля-
тора с электромашинным промежуточным усилителем.
В данном случае в качестве генератора импульсов ис-
пользован машинный генератор МГИ. Промежуточный
усилитель представляет собой небольшой генератор по-
стоянного тока Г с двумя обмотками возбуждения ОВГ
и ОВ2, приводимый во вращение асинхронным двига-
телем Д1 с короткозамкнутым ротором. Генератор Г.
питает якорь двигателя Д подачи электрода-инстру-
мента.
Обмотка ОВ1 включена через потенциометр R1 на
падение напряжения в токоограничивающем резисторе
R, пропорциональное току через промежуток Э — Д.
Обмотка ОВ2 включена через потенциометр R2 на на-
пряжение этого промежутка. При этом МДС обмоток
направлены встречно. В нормальном (заданном) режи-
ме обработки результирующая МДС FT генератора Г
равна нулю. Если промежуток Э — Д увеличится, то
соответственно возрастет йапряжение на нем, а ток
уменьшится. В результате появится МДС Fr<0y генера-
тор возбудится, что приведет к троганию двигателя Д
и перемещению электрода-инструмента в сторону умень-
шения промежутка Э — Д. При Гг>0 движение элект-
рода инструмента будет совершаться в противополож-
ном направлении.
Электрические схемы. Основными элементами элект-
рической части электроэрозионного станка являются
генератор импульсов, автоматический регулятор подачи,
вспомогательные электроприводы подъема ванны, пере-
мещения рабочей головки и других узлов станка, уст-
ройства для регулирования режимов обработки, конт-
роля н защиты.
На рис. 14-4 приведена электрическая схема копиро-
вально-прошивочного электроэрозионного станка общего
назначения модели 18М2. Мощность, потребляемая стан-
396
Рис, 14-4, Электрическая схема станка модели 18М2,
ком, не более 7 кВ-А. Объем рабочей жидкости (соля-
ровое масло) 250 л.
Двигатель Д1 перемещения ванны с рабочей жид-
костью асинхронный, с короткозамкнутым ротором.
К сети 380 В двигатель подключается реверсивными
контакторами КП и КО. О наличии напряжения сети
сигнализирует лампа ЛС1. Для. подъема ванны двига-
тель Д1 включается кнопкой КнП, для ее опускания—•
кнопкой КнО. Конечные выключатели ВКП и ВКО ог-
раничивают предельные положения ванны. На схеме
обозначены: КРС1 и КРС2 — контактные разъемные
соединения (Ш — штырь, Г —• гнездо).
Питание RC-генераторов импульсов ГИ осуществля-
ется от источника постоянного тока (генератора или вы-
прямителя) с выходным напряжением 220 В (на схеме
не показан).
Установка рабочей частоты импульсов производится
кнопками с защелкой КнР1 — КнР5-, которые подклю-
чают конденсаторы С1 — С5 к промежутку электрод —
деталь (Э — Д). При этом каждому конденсатору бу-
дет соответствовать определенный токоограничивающий
резистор R1 — R5. Конденсатор С6 и резистор R6 вклю-
чены постоянно. Таким образом, можно задать шесть
режимов обработки по частоте. Для самого тонкого ре-
жима применяют комбинацию С6, R6 при выключен-
ных кнопках КнР1 — КнР5.
Автоматический регулятор подачи электродов с дви-
гателем Д выполнен по рассмотренной выше схеме (рис.
14-3,а). Задание среднего напряжения на промежутке
Э — Д осуществляется при помощи потенциометра R7.
Для контроля служит вольтметр V при правом положе-
нии переключателя П. В левом положении переключа-
теля контролируется напряжение питания генерато-
ра ГИ.
Работа схемы происходит следующим образом. Для
подъема ванны нажимается кнопка КнП, включаются
контактор КП и двигатель Д1. Ванна.поднимается. По
достижении ею требуемого положения кнопку КнП от-
пускают, и ванна останавливается. В рабочем положе-
нии ванны контакт конечного выключателя ВКР зам-
кнется, поэтому будет подано напряжение на цепь ка-
тушки контактора КГ. Если предварительно был
включен источник питания постоянного Тока 220 В, то
после нажатия на кнопку КнГ включится контактор КГ
398
и присоединит ГИ к источнику питания. При этом вклю-
чится реле напряжения PH и загорится сигнальная лам-
па ЛС2, контакт PH заблокирует кнопку КнГ. На об-
мотку возбуждения ОВД двигателя Д будет подано на-
пряжение 220 В.
Поскольку электрод Э отведен от детали Д, на якорь
двигателя Д через ползунок потенциометра R7 подается
часть напряжений источника питания, и двигатель пере-
мещает электрод nd направлению к поверхности детали.
Когда электрод приблизится к детали настолько, что
Произойдет пробой промежутка Э—Д, начнется рабочий
процесс электроэрозионной обработки при автоматичес-
ком поддерживании регулятором заданного режима.
Нажатие на кнопку реверса КнРП прерывает рабочий
• процесс, так как один конец обмотки якоря двигателя Д
переключается с отрицательного электрода на положи-
тельный полюс источника, двигатель реверсируется и
отводит электрод от детали.
Электрические схемы многих электроэрозионных
станков других моделей подобны рассмотренной. Напри-
мер, схема станка модели 1S3, показанного на рис. 14-1,
отличается по существу лишь наличием еще одного
двигателя перемещения продольного суппорта. В ряде
случаев в электрической схеме предусматривается под-
ключение разных генераторов импульсов для расшире-
ния технологических возможностей станка.
14-2. УСТАНОВКИ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ОБРАБОТКИ
Этот вид обработки металлов и твердых материалов
основан на использовании упругих колебаний со сверх-
звуковой частотой—Ультразвуковых колебаний. Для
промышленных ультразвуковых станков и установок
обычно характерны частоты 16—30 кГц.
Можно назвать две разновидности ультразвуковой
обработки: размерную обработку на станках с приме-
нением инструментов и очистку в ваннах с жидкой
средой.
Основным рабочим механизмом ультразвукового
станка служит акустический узел, назначение которо-
го— приведение рабочего торца инструмента в колеба-
тельное движение. Упрощенная схема устройства аку-
стического узла представлена на рис. 14-5.
399
механических упругих
Рис. 14-5. Акустический узел
ультразвукового станка.
Акустический узел {головка) получает энергию от
генератора электрических колебаний, в качестве кото-
рого применяется обычно ламповый генератор (см.
§ 1-4). Главным элементом акустического узла является
пьезоэлектрический или магнитострикционный преобра-
зователь энергии электрических колебаний в энергию
ебаиий — вибратор. На рис.
14-5 изображен магнито-
стрикционный вибратор 3, в
обмотку 2 которого подает-
ся ток ультразвуковой час-
тоты. ' Колебания вибрато-
ра, который попеременно
удлиняется и укорачивается
с ультразвуковой частотой в
направлении магнитного
поля обмотки, усиливаются
концентратором 7 (акусти-
ческим волноводом), присо-
единенным к торцу вибра-
тора. К концентратору кре-
пится стальной инструмент
8 так, чтобы между его тор-
цом н обрабатываемой де-
талью 9 оставался зазор.
Вибратор помещается в
эбонитовый кожух 5, охлаж-
даемый по трубкам 4 и 6
водой.
При обработке отверстия инструмент 8 должен иметь
форму заданного сечения отверстия. В пространство
между торцом инструмента и обрабатываемой поверх-
ностью детали из сопла 1 подаетйя жидкость, в которой
взвешены абразивные зерна. От колеблющегося торца
инструмента зерна абразива приобретают большую
скорость, ударяются о поверхность детали и выбивают
из нее мельчайшую стружку. По мере снятия слоев ма-
териала происходит автоматическая, подача инструмен-
та. Абразивная жидкость подается в зону обработки
под давлением и вымывает отходы обработки.
Промышленностью выпускаются различные ультра-
звуковые -станки, например прошивочные станки моде-
лей 4770, 4773А, универсальный станок модели 100А и
др. С помощью ультразвуковой технологии можно вы-
400
Колнять такие операции, как прошивка, долбление,
сверление, резание, шлифование и т.д.
Ультразвуковые ванны применяют для очистки по-
верхностей металлических деталей от продуктов корро-
зии, плеиок окислов, минеральных масел и т.п. Работа
ультразвуковой ванны основана на использовании эф-
фекта местных гидравлических ударов, возникающих в
Рис. 14-в. Ультразвуковая ванна.
жидкости под воздействием ультразвука. Устройство
ультразвуковой ванны схематически показано на рис.
14-6. Обрабатываемая деталь 7 погружается (подвеши-
вается) в бачок 4, заполненный жидкой моющей сре-
дой 6, внутри которой от излучающего элемента 3 (ди-
афрагмы) распространяются волны ультразвуковых
колебаний 5. Диафрагма соединена с магнитострикци-
онным вибратором 2. Бачок установлен на подставке /.
Аппаратура ультразвуковых установок сравнительно
дорога, поэтому экономически целесообразно применять
ультразвуковую очистку небольших по размеру деталей
только в условиях массового производства.
26-612
401
Глава пятнадцатая
ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ СТАНКОВ С ПРОГРАММНЫМ
УПРАВЛЕНИЕМ
15-1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ПРОГРАММНОМ УПРАВЛЕНИИ
СТАНКАМИ
Понятием программное управление станками охва-
тывают обычно такие способы автоматизации станков,
которые обеспечивают управление работой станка по
заранее подготовленным программам, причем одну про-
грамму можно легко заменять другой без трудоемкой
переналадки станка. Носителями программы в этих слу-
чаях служат наборы переключателей, бумажные пер-
фокарты и перфоленты, магнитные ленты и т. п.
Применение программного управления дает значи-
тельный экономический эффект, особенно в мелко- и
среднесерийном производстве, и позволяет высвободить
большое число универсальных станков и высококвали-
фицированных рабочих. На станках с программным
управлением автоматически в нужной последователь-
ности осуществляются поступательные и вращательные
движения рабочих органов: вращение шпинделя с за-
данными скоростями в течение определенных интерва-
лов времени, точная установка рабочих органов на за-
данные позиции, рабочие подачи на заданных участках
пути, вспомогательные перемещения суппортов, столов,
поворот на определенный угол револьверных головок
ит. д.
Совокупность автоматических устройств, реализу-
ющих программное управление станком, называют
системой программного управления (СПУ). При этом
различают системы циклового и числового программно-
го управления.
Системы циклового программного управления
(СЦПУ) — это наиболее простые СНУ. В таких систе-
мах для‘цикла обработки детали программируют по-
следовательность и направления движений рабочих ор-
ганов станка, т.е. ускоренных перемещений и движений
подачи, используемых при обработке данной детали,
скорости подач и главного движения. Перемещения
рабочих органов, необходимые для получения заданных
геометрических размеров обрабатываемой детали, уста-
402
L навливают,' передвигая вручную упоры, нажимающие
[ на путевые переключатели. Программа в СЦПУ обычно
М задается при помощи различных устройств типа ште-
керных панелей, наборов переключателей или кнопок,
многопозиционных барабанов и т.п. Системы такого ро-
: да используют для токарно-револьверных, некоторых
фрезерных, токарных и других станков.
Рис. 15-1. Виды обработки при использовании позиционных (а), пря-
моугольных (б) и контурных (в) систем ЧПУ.
Для . систем числового программного управления
(СЧПУ) применяют числовое задание программы, т.е.
в форме совокупности чисел, характеризующих после-
довательность и необходимые перемещения рабочих ор-
ганов станка, а также скорости этих перемещений. Про-
грамму тем или иным способом записывают на про-
граммоносителе— бумажной перфорированной ленте,
перфокарте или на магнитной ленте. Все СЧПУ делят
на три группы: позиционные, прямоугольные и Контур-
ные системы.
26*
403
Позиционные системы предназначены для установки
(позиционирования) инструмента (или детали) в опре-
деленной последовательности в заданные положения —
позиции, характеризуемые их координатами на плоско-
сти или в пространстве. Подобные системы используют
на сверлильных, расточных и других станках.
Предположим, что на координатно-сверлильном стан-
ке требуется обработать отверстия детали, показанные
на рис. 15-1, а. Каждое отверстие в программе задано
двумя числами—координатами его центра относитель-
но базовых координатных осей х н у, например отвер-
стие / — координатами xlt у\. Если после обработки от-
верстия 1 нужно переместить инструмент в позицию 2,
то программой задаются координаты х2, у2 или прира-
щения координат Дх2> Дг/2. Перемещения по каждой из
координат могут отрабатываться одновременно или по-
следовательно с одинаковыми или различными скоро- *
стями. Траектория движения инструмента из позиции 1
в позиции 2, 3 и т.д. может быть любой; важно, чтобы
инструмент с заданной точностью был перемещен на
новую позицию.
Системы с прямоугольным формообразованием (пря-
моугольные) используются при обработке деталей сту-
пенчатой формы, например валов иа токарном станке
(рис. 15-1,6). Здесь также программируют отдельные
заданные точки плоскости /, 2, 3, .... 8, ио продольная и
поперечная подачи разделены во времени, т. е. вклю-
чаются последовательно. Такие системы обеспечивают
и позиционирование как частный случай. Применяют их
на расточных, токарных, фрезерных станках.
Очевидно, что упомянутые выше системы циклового
управления выполняют по существу те же функ-
ции, что н прямоугольные системы числового управ-
ления.
В системах с криволинейным формообразованием
(контурных) программируется не только перемещение
По каждой координате, ио и закон перемещения. Систе-
мы используют на токарных и фрезерных станках для
обработки фасонных поверхностей. Например, при то-
карной обработке тел вращения (рис. 15-1, в) подача s
резца в каждый момент времени получается сложением
продольной Snp и поперечной зЛов подач. Контурные си-
стемы выполняют также функции прямоугольных и по-
зиционных систем.
404
Таблица 15-1
> Составление программы обработки плоского кулачка
Сущность способа числового задания программы
применительно к контурной системе рассмотрим на про-
стейшем примере обработки фрезой профиля плоского
кулачка (см. рисунки в первом столбце табл. 15-1).
Траектория движения фрезы представляется в виде ря-
да последовательных положений ее (опорных точек).
Каждое из этих положений характеризуется расстояни-
ем между осью фрезы и осью кулачка. Сам кулачок при
обработке поворачивается вокруг своей оси. В проме-
жутках между опорными точками фреза может переме-
щаться по траектории, несколько отличной от заданной.
Однако, выбрав соответствующее число опорных точек,
можно свести это отличие до минимума, обеспечиваю-
щего необходимую точность.
Существует несколько способов записи программы.
Самый простой из них — запись на движущемся с по-
стоянной скоростью программоносителе: в виде цепоч-
ки отверстий — на перфоленте или намагниченных штри-
хов— на магнитной ленте. Каждая из таких отметок на
ленте соответствует определенному перемещению инст-
405
румента, в рассматриваемом случае — перемещению оси
фрезы. Этот способ называют записью программы в уни-
тарном коде.'
Пользуясь чертежом кулачка и зная диаметр фрезы,
будем находить расстояния Li между осями кулачка и
фрезы при повороте кулачка на один и тот же угол, до-
пустим, на 2° (за исходное примем положение, когда
оси фрезы и кулачка лежат на одной горизонтали). За-
тем определим приращения Д/,- расстояний между ося-
ми фрезы и кулачка за время поворота кулачка на угол
2°: Lo, blt^Lr—Li и т.д. Таким образом, бу-
дут найдены все опорные точки траектории фрезы, и ре-
зультаты расчета представятся во втором и третьем
столбцах табл. 15-1. Выбрав достаточно малую элемен-
тарную единицу перемещения, например 0,01 мм, и раз-
делив на нее величины Д/,-, получим ряд чисел Nit кото-
рые заносим в четвертый столбец таблицы. Совокупность
чисел и представляет собой программу работы стан-
ка, записанную в числовом виде — в данном случае в
унитарном коде.
Далее программа переносится, например на бумаж-
ную ленту. На каждом t-м участке ленты, соответству-
ющем при ее движении повороту кулачка на угол 2°, по
одной дорожке ленты пробиваются отверстия. Число их
равно Nt. Каждое отверстие в процессе работы станка
будет вызывать перемещение фрезы в данном случае на ,
0,014 мм. Частота следования отверстий на ленте опре-
деляет скорость перемещения фрезы. Если направление
движения должно измениться на противоположное, то
используется пробивка отверстий на второй дорожке
ленты.
Если, например, обработка кулачка производится пу-
тем одновременного перемещения фрезы по двум коор-
динам х и у, а сам кулачок остается неподвижным, то
принцип записи программы сохраняется тем же. Нов
этом случае используются уже четыре дорожки ленты,
две для координаты х, две других для координаты у.
На каждом i-м участке ленты, т. е. для интервала вре-
мени Afj, пробивается Nxi и Nyt отверстий, соответству-
ющих перемещениям Дх< и Л.у;.
Очевидно, по рассмотренному принципу можно со-
ставить программы для позиционных и прямоугольных
систем ЧПУ, исходя нз расстояний Lx и Lv, отсчитывае-
мых от некоторого начала координат или их прираще-
406
ний А/х и Д/у по отношению к начальной точке с коор-
динатами £х0 и Lvo-
Унитарный код отличается простотой и удобен для
непосредственного управления приводами станка. Одна-
ко он имеет существенный недостаток, заключающийся
В том, что при записи в этом коде может потребовать-
ся перфолента очень большой длины. Используя в ка-
Р«с. 15-2. Общая структурная
схема управления станком с
ЧПУ.
честве программоносителя магнитную ленту с записан-
ными на ней штрихами (импульсами) — аналогами от-
верстий на перфоленте, удается получить несравненно
более плотную запись. Программа, записанная в уни-
тарном коде, относится к типу так называемых декоди-
рованных программ.
В настоящее время, как правило, применяют при за- '
писи программы на перфоленту или перфокарту специ-
альные числовые коды, позволяющие существенно сокра-
тить’длину программоносителя. Такие программы назы-
ваются кодированными.
Таким образом, при числовом представлении про-
граммы она рассчитывается в задается в форме отдель-
ных, определенным образом закодированных сигна-
лов— команд. Программа определяется числом сигна-
лов и изменением этого числа с течением времени по ме-
ре перемещения рабочих органов станка. Переналадка
станка с обработки одной детали на обработку другой
заключается лишь в смене программоносителя, на кото-
ром записана нужная программа.
В общем виде структурная схема управления стан-
ком С числовым программным управлением (ЧПУ) по-
казана на рис. 15-2. В этой схеме: УП— узел програм-
мы; УУ— узел управления; ИП—исполнительные при-
воды; РО — рабочие органы станка; УАК— узел актив-
ного контроля (обратная связь). Программа работы
станка, заданная в числовом виде, поступает в УП.
В этом узле для реализации заданной программы коман-
ды, записанные на программоносителе, должны быть
«прочитаны». С этой целью УП снабжается специаль-
I ными считывающими устройствами, которые в зависи-
мости от способа записи программы представляют собой
набор щупов, фотоэлементов или магнитных головок.
। По мере выполнения команд программоноситель должен
непрерывно или периодически перемещаться относи-
тельно считывающего устройства.
В считывающем устройстве все воспринятые коман-
। ды (т.е. информация, необходимая для выполнения стан-
ком заданного технологического процесса) преобразует-
ся в электрические импульсы, которые направляются в
узел управления УУ, где происходит расшифровка ко-
манд, если те были кодированными. Кроме того, при не-
| обходимости производится пополнение и уточнение
команд программы, их переработка, а также преобразо-
вание в такую форму, которая была бы пригодна для
управления исполнительными приводами ИП. Послед-
ние осуществляют движения рабочих органов РО стан-
ка согласно заданной программе.
В замкнутых СЧПУ результаты измерения факти-
ческого выполнения программы При помощи узла актив-
ного контроля УДК преобразуются в электрические сиг-
| налы, направляемые в УУ. Здесь сигналы, поступаю-
щие из УП и УДК, сравниваются, т.е. заданная
программа сопоставляется с фактической, которая от-
рабатывается станком. На основании такого сравнения
узел управления, воздействуя на ИП, стремится устра-
нить возникающие расхождения между заданной и фак-
тической программами.
В разомкнутых СЧПУ обратная связь, т.е. элемент
УДК., отсутствует. Поэтому разомкнутые системы в прин-
ципе дают меньшую точность обработки деталей по
сравнению с замкнутыми системами. Однако их боль-
шое достоинство — простота.
15-2. СИСТЕМЫ ЦИКЛОВОГО ПРОГРАММНОГО УПРАВЛЕНИЯ
Цикл обработки детали состоит из совокупности ос-
новных и вспомогательных движений, повторяющихся
при обработке каждой аналогичной детали. Его можно
разделить на несколько этапов, на каждом из которых
I осуществляются определенные перемещения рабочих ор-
ганов при заданных режимах обработки. Для каждого
| этапа требуется в общем случае своя схема управления
408
I
' электроприводами станка. Она включает в себя аппа-
раты и приводы, одни из которых работают на всех эта-
&», а другие — на некоторых из ннх или только на дан-
ном этапе ("например, путевые переключатели, приводы
поперечной или продольной подачи, приводы ускоренных
^перемещений и т.д.). Если на станке могут осуществ-
j дяться различные виды н циклы обработки, то соответ-
ственно должно быть обеспечено получение необходимого
числа отдельных схем, удовлетворяющих всем воз-
можным случаям. Программирование при цикловом уп-
равлении производится путем предварительного выбора
таких сочетаний отдельных схем, которые потребуются
? для данного цикла обработки. Специальное устройство
вводит этн схемы в работу в нужной последовательно-
сти.
В цикловых системах размеры, как правило, контро-
лируются малогабаритными путевыми переключателя-
ми, на которые воздействуют расставляемые в нужных
местах упоры. Путевые переключатели объединяются в
блоки для каждого вида перемещения (продольного, по-
перечного, вертикального, кругового и т.п.). Применяют
также и путевые командоаппараты.
Приводы главного движения и подач в станках с цик-
ловым управлением обычно выполняются от асинхрон-
ных двигателей с короткозамкнутым ротором (иногда
многоскоростных для главного движения) со ступенча-
тым регулированием угловой скорости. Управление по-
дачами осуществляется при помощи электромагнитных
муфт, включаемых контакторами.
Рассмотрим один из наиболее распространенных спо-
собов циклового программирования, основанный на ис-
пользовании штекерных коммутаторов для предвари-
тельного набора программы и шагового искателя теле-
фонного типа для ее поэтапного ввода.
Схема панели штекерного коммутатора приведена
на рнс. I5-3t Коммутатор состоит из горизонтальных и
вертикальных цепей и гнезд, каждое из которых имеет
по две половинки, присоединенные соответственно к го-
ризонтальной и вертикальной цепям. Этн цепи можно
соединить между собой, вставив в гнездо штырь (ште-
кер). В вертикальные цепи включены катушки проме-
жуточных реле РП1—РП15, горизонтальные цепи соеди-
нены с контактами шагового искателя ШИ, по которым
перемещается его щетка. Вставляя штыри в соотвстст-
409
вующие гнезда, выбирают нужную последовательность
включения тех или иных промежуточных реле по этапам
цикла. Первому этапу отвечает позиция 1 щетки искате-
ля, второму — позиция 2 и т.д. Щетка автоматически
передвигается на следующую позицию после окончания
каждого этапа. Промежуточные реле РП1—РП15 при
их включении в определенной комбинации своими кон-
тактами собирают необходимую на каждом этапе схе-
му управления.
Реле РП1—РП15 сгруппированы по их назначению.
В качестве примера на рис. 15-3 показан вариант управ-
ления токарным станком. Станок имеет продольное и
поперечное рабочие и ускоренные перемещения суппор-
та (выбор направления и вида перемещения — при по-
мощи реле РЛ1—РП4 и РЛ5—РП8); возможно пере-
ключение с рабочей подачи на медленную (реле РП9,
РП10 и РЛ/1, РП12); шпиндель имеет две ступени уг-
ловой скорости (реле РП13, РП14). Указанной на ри-
сунке расстановкой штырей в гнезда запрограммирован
следующий цикл: 1) быстрый продольный подвод суп-
порта к детали; 2) включение 1-й скорости шпинделя и
переключение иа рабочую продольную подачу; 3) пере-
ключение на медленную подачу в конце перехода; 4) от-
ключение продольной подачи н быстрый поперечный от-
вод суппорта; 5) отключение поперечного движения и
быстрый продольный отвод суппорта; 6) отключение
продольного движения и быстрое поперечное перемеще-
ние суппорта; 7) переход на медленную поперечную по-
дачу; 8) отключение поперечного перемещения в1’исход-
ном положении.
Все включения и переключения подач и ускоренных
перемещении, реверсирование этих движений обычно
осуществляются в кинематических цепях станка при по-
мощи электромагнитных муфт н электромагнитов. Для
повышения точности остановки иногда применяют тор-
мозные электромагнитные муфты. ♦
Работа программного устройства, начинается после
подачн напряжения на его схему. На каждом этапе в
конце его срабатывает соответствующий путевой пере-
ключатель, своим контактом он включает электромагнит
шагового искателя, н щетка искателя делает «шаг», пе-
ремещаясь на следующую позицию. В конце цикла на
позиции 8 щетки включается реле окончания цикла
РП15 и отключает всю схему управления станком, а
410
Рис. 15-3< Схема программного устройства со штекерным коммутатором и шаговым искателем.
I
I1
щетка шагового искателя возвращается в позицию
Программное устройство готово к работе в следующем
цикле.
Для упрощения задания программы используют на1
кладные перфокарты. Их накладывают на панель ште-
керного коммутатора, а штыри вставляют в гнезда че-
рез отверстия в перфокарте. Отверстия в перфокартах
пробивают специальным дыроколом или вручную про-
бойником. . -
Вместо штекерных коммутаторов в ряде случаев ус-
танавливают панели из рядов переключателей или кно-
пок с фиксацией. Назначение горизонтальных и верти-
кальных рядов переключателей или кнопок аналогично
назначению рядов штекерного коммутатора.
Для поэтапного ввода программы применяют также
счетные схемы из контактных реле. Иногда используют
барабаны с переставными кулачками, установленными
на поверхности барабана и воздействующими на микро-
переключатели, а также ряд других устройств. Все боль-
шее распространение получают программируемые бес-
контактные командоаппараты серии УЛП (см. § 13-3).
1S-3. ЭЛЕКТРОПРИВОДЫ СТАНКОВ С ЧПУ
Электроприводы главного движения станков с ЧПУ
выполняются обычно с электромеханическим регулиро-
ванием скорости, т.е. с несколькими механическими сту-
пенями, переключаемыми прн помощи электромагнитных
муфт и ступенчатым или бесступенчатым электрическим
регулированием в пределах каждой ступени.
Электроприводы подачн станков с ЧПУ можно раз-
делить На четыре группы: приводы со ступенчатым ме-
ханическим регулированием скорости, с бесступенчатым
электрическим регулированием в широком диапазоне,
следящие и следяще-регулнруемые, с шаговыми двига-
телями. Первые три группы приводов используются в
Системах с обратной связью по положению рабочего ор-
гана, т.е. в замкнутых системах.
Электропривод подачн со ступенчатым механичес-
ким регулированием (рнс. 15-4, а) используют, как пра-
вило, в позиционных н прямоугольных системах ЧПУ с
обратной связью. Для переключения скоростей подачн
применяют электромагнитные муфты. Движение рабочей
поддчи начинается после включения от СЧПУ электро-
412
магнитной муфты Эм1. Асинхронный двигатель с корот-
' Незамкнутым ротором Д приводит во вращение ходовой
винт ХВ, н стол С (или суппорт, шпиндельную бабку и
';-т. п.) начинает поступательное перемещение. При этом от
датчика положения ДП по каналу обратной связи ОС в
УСЧПУ поступают сигналы о пройденном пути. При под-
Рис. 15-4. Схемы приводов подачи станков с ЧПУ.
ходе стола к конечному (по программе) положению
СЧПУ выдает команду на отключение муфты Эм1 н на
включение электромагнитной муфты Эм2, что вызывает
переход на медленное доводочное перемещение стола.
По достижении столом заданного положения следует
сигнал от СЧПУ на отключение муфты Эм2, н стол С ос-
танавливается. В такой схеме часто используют элек-
трическое или электромеханическое торможение для по-
вышения точности остановки.
Если дЛя привода подачн в Позиционной или прямо-
угольной системе ЧПУ применен двигатель Д с широ-
413
ким диапазоном регулирования угловой скорости благо-
даря питанию его от управляемого преобразователя /7,
то схема привода будет иметь вид, показанный на рис.
15-4, б.
По той же схеме в принципе выполняются следящие
и следяще-регулируемые .приводы подачи, применяемые
в контурных системах ЧПУ. При наличии следящего
привода СЧПУ подает на преобразователь П, а значит,
и на двигатель Д сигнал, который определяется задан-
ной скоростью подачи н разностью между заданным и
фактическим перемещением. Такая система привода не
только отрабатывает заданное полное перемещение ра-
бочего органа станка (стола С в данном примере), но
н воспроизводит любой заданный закон изменения этого
перемещения во времени. Следяще-регулируемый привод
отличается от следящего тем, что при определенном зна-
чении перемещения начинает работать как обычный ре-
гулируемый привод, .обеспечивая заданную скорость по-
дачи на оставшейся части общего перемещения.
На рнс. 15-4, в показана схема шагового привода
подачи. В этом случае в качестве двигателя Д исполь-
зуется так называемый шаговый двигатель. От обычных
двигателей он отличается тем, что при получении от
СЧПУ через блок управления БУ командного импульса
поворачивает свой вал на некоторый малый угол—шаг.
Число импульсов определяет значение перемещения, а
их частота — скорость подачи. Развиваемый шаговым
двигателем момент часто недостаточен для перемеще-
ния подвижного элемента станка. Поэтому шаговый дви-
гатель работает в подобных случаях совместно с гидро-
усилителем момента ГУ, который представляет собой
мощный гидродвигатель. Шаговый двигатель воздейст-
вует на золотниковое устройство гидродвигателя. Как
правило, системы с шаговыми двигателями выполняют-
ся без обратной связи по положению, т.е. разомкнуты-
ми. Они используются для станков с любыми СЧПУ.
Для следящих приводов станков с ЧПУ большое зна-
чение имеет быстродействие двигателя. Оно оценивает-
ся отношением вращающего момента М, развиваемого
двигателем, к моменту инерции / якоря (ротора) двига-
теля. Разработан ряд конструкций специальных двига-
телей постоянного тока, у которых это отношение намно-
го больше, чем у\ двигателей обычного исполнения. На-
пример, высокомоментный двигатель серии ПБВ (рис.
414
16-5) выполнен с возбуждением от постоянных феррито-
вых магнитов (N в S), что резко уменьшает потери в
двигателе и позволяет значительно сократить его раз-
меры и массу. Двигатель обычно изготовляют со встро-
енным тахогенератором, а в некоторых конструкциях
предусматривают установку тормоза, который авто-
матически фиксирует ротор при снятии питания. Таки-
Рис. 15-5. Высокомоментный двигатель с ферритовыми магнитами.
а — схема магнитной системы двигателя; б— сопоставление по габаритам вы-
сокомоментного двигателя i с двигателем электромагнитного возбуждения /
[при одинаковых моментах двигателей (30 Н-м) угловых скоростях
(100 раде)].
ми двигателями оснащены комплектные тиристорные
приводы ЭТЗС16 на мощности от 0,75 до 5,5 кВт при уг-
ловой скорости 100 рад/с.
У двигателя с гладким (беспазовым) якорем (рис.
15-6,0) обмотка якоря, который имеет малый диаметр,
уложена в несколько слоев на поверхность якоря и за-
лита эпоксидной смолой с ферромагнитным наполните-
лем. Каждый слой обмоткн стянут лентой из стеклотка-
ни. Благодаря отсутствию зубцов на якоре магнитный
поток двигателя увеличен вдвое по сравнению с двига-
телем обычного исполнения. Двигатель имеет увеличен-
ный зазор, что уменьшает индуктивность якорной обмот-
ки и, следовательно, ускоряет протекание переходных
процессов нарастания и спадания тока в цепи якоря. Та-
кая конструкция позволяет облегчить работу коллекто-
ра и улучшить охлаждение якоря. Это дало возможность
повысить максимальный вращающий момент двигателя
примерно в 4 раза и уменьшить момент ’инерции более
чем в 10 раз по сравнению с двигателями обычного ис-
полнения. Для возбуждения двигателей с гладким яко-
рем применены постоянные магниты с особо высокими
415
значениями остаточной магнитной индукции. Питание
якоря осуществляется от тиристорного преобразовате-
ля. Двигатели такой конструкции серии ПГТ (со встро-
енными тахогенераторами) выпускаются на мощности
от 90 Вт до 9 кВт, напряжения до 220 В и номинальную
угловую скорость 300 рад/с.
Двигатель с печатным якорем (рнс. 15-6,6) имеете
одном из исполнений ротор 1 в виде диска из изоляци-
Рис. 15-6. Двигатели с гладким (в) и печатным (б) якорем.
онного материала, покрытого с обеих сторон тонким
слоем металла. На этом покрытии при изготовлении ро-
тора была отпечатана особой краской схема 2 провод-
ников якоря и затем вытравлен весь металл, оставший-
ся непокрытым. Постоянные магниты 3, создающие по-
ток возбуждения двигателя, укреплены в подшипниковых
щитах 4. Щетки 5 непосредственно скользят по про-
водникам якоря, которые таким образом одновременно
служат коллекторными пластинами. Благодаря такой
конструкции момент инерции ротора и индуктивность
обмотки якоря очень малы. Двигатели с печатным дис-
ковым якорем выпускаются на мощности до нескольких
десятков ватт, прн 6 н 12 В и угловой скорости 300—
350 рад/с. Разработаны также двигатели серии ПЯ с пе-
чатным цилиндрическим якорем (ротор двигателя пред-
ставляет собой полый цилиндр из изоляционного мате-
риала). Такие двигатели выпускаются на мощности от
1 до 10-кВт при угловой скорости 300—360 рад/с и на-
пряжении ПО В. Двигатели с печатным якорем также
питаются от тиристорных преобразователей.
На рис. 15-7 показано устройство трехфазного ин-
дукторного реактивного шагового двигателя. В корпусе
416
О ~ .
/ двигателя помещен шихтованный статор, имеющий
я i есть полюсных выступов 4 с зубцами 2, и реактивный
г зубчатый ротор 3, Три обмотки управления двигателя
находятся на полюсных выступах статора. Каждая из
В обмоток состоит из катушек, расположенных на четырех
₽ полюсных выступах, попарно противоположных. Обмот-
f ки управления в определенной последовательности под-
| кдючаются к источнику
г -постоянного тока. Между
! собой обмотки управле-
*• ння сдвинуты на один по-
люсный выступ, так что
каждый полюсный выступ-
статора охватывается ка-
тушками смежных обмо-
ток управления. В поло-
жении ротора, когда его
зубцы соосны с зубцами
одной диаметрально рас-
положенной пары полюс-
ных выступов статора,
они смещены на -f-’/s зуб-
цового деления относи-
тельно зубцов второй па-
Рис. 15-7. Шаговый двигатель
типа ШД-4.
ры полюсных выступов
1 и на —Vs зубцового деления относительно третьей пары
полюсных выступов. Поэтому каждому переключению
1 обмоток управления, когда ось результирующего маг-
нитного потока статора поворачивается иа */з зубцового
деления, соответствует поворот ротора также на Vs зуб-
цового деления, т. е. на одни шаг. Направление поворо-
та зависит от очередности переключения обмоток. Если
же включать попеременно то одну обмотку, то две об-
мотки сразу, шаг уменьшается вдвое.
Шаговые двигатели могут работать при нх подклю-
чении к источнику импульсов с частотой до 8000 Гц и
более. При больших частотах шагов прерывистость дви-
жения полностью сглаживается. Наибольшую частоту,
пря которой шаговый двигатель, начиная работать, не
пропускает ни одного шага, называют частотой приеми-
стости двигателя, Например, двигатель ШД-4 имеет ча-
стоту приемистости 800 Гц и наибольшую частоту
12Q0 Гц. .Он предназначен для работы с напряжением
27 В и.развивает момент 0,25 Н-м при наибольшей ча-
27—612
‘ 4W
стоте. Подобные двигатели работают с гидроусилителя-
ми, которые развивают момент до 12—100 Н-м, а число
отрабатываемых импульсов доходит до 1200 в секунду.
Выпускаются также силовые четырехфазиые шагрвые
двигатели с максимальным моментом до НО Н-м, не
требующие применения гидроусилителей. Но частота
приемистости у таких двигателей ие более 200—450 Гц.
Рис. 15-8. Шариковые винтовые пары.
Включение обмоток шагового двигателя производит-
ся при помощи специа’льного устройства — блока управ-
ления. Такой блок состоит из распределителя импульсов
и усилителей мощности. Получая информацию от СЧПУ
в виде сигналов унитарного кода, распределитель им-
пульсов вырабатывает m-фазную систему прямоуголь-
ных управляющих импульсов напряжения, где т—чис-
ло фаз шагового двигателя, и распределяет эти импуль-
сы в нужной последовательности по обмоткам шагового
двигателя^ При этом управляющие импульсы перед по-
ступлением в обмотки двигателя предварительно усили-
ваются транзисторными или тиристорными усилителями
мощности.
В станках с числовым управлением передача движе-
ния от двигателя к рабочему органу осуществляется,
как правило, при помощи пары винт-гайка. Для повы-
шения точности такой передачи (а эта точность особен-
но необходима для разомкнутых систем с шаговыми
двигателями) применяют шариковые винтовые пары
(рис. 15-8). В конструкции, показанной на рис. 15-8,а,
ходовой винт 3 н гайка 2 имеют совпадающие полукруг-
лые винтовые канавки, заполненные- по всей длине
стальными шариками 4. Эти шарики передают движе-
ние от винта к гайке. На шариковой гайке расположена
трубка возврата /, по которой шарики перекатываются
от конца гайки к началу. В такой паре трение скольже-
418
даня заменено трением качения, что значительно повы-
шает КПД пары и устраняет зазоры. Другой, более эф-
фективной, является конструкция, показанная на рис.
15-8,6. Здесь иа виите 1 помещены две шариковые гай-
ки 2 и 4, между которыми расположена сильная пру-
жина 3. Оиа создает предварительный натяг между вин-
том и гайкой, полностью устраняя зазор в винтовой паре.
15-4. СИСТЕМЫ ЧИСЛОВОГО ПРОГРАММНОГО УПРАВЛЕНИЯ
Процесс изготовления детали иа станке с числовым
программным управлением включает в себя подготовку
программы, ввод ее в систему управления станком и.
Рис. 15-9. Схемы числового программного управления.
наконец, отработку программы на станке. Организация
этого процесса может быть построена по двум основным
схемам, показанным иа рис. 15-9.
По первой схеме (р’ис. 15-9, а) данные чертежа Ч де-
тали и технологии Т ее обработки вводят в ЭВМ — циф-
ровую электронно-вычислительную машину (цифровую
ЭВМ), которая выдает кодированную программу на пер-
фоленте ПЛ. В этой программе зафиксированы коорди-
наты опорных точек обрабатываейого контура деталии
все другие Необходимые команды. Перфолента ПЛ по-
ступает в так называемый интерполятор И (специализи-
рованное вычислительное устройство). По заданным ко-
ординатам опорных точек и заданному закону движе-
•ния в промежутках между опорными точками интерпо-
27*
419
лятор заменяет любой контур детали отрезками прямых
или дуг окружности и производит определение коорди-
нат многочисленных промежуточных точек (в настоя-
щее время вместо интерполяторов широко применяют
также малые универсальные электронные вычислитель-
ные машины — мини-ЭВМ). После этого выработанная
Интерполятором и декодированная (расшифрованная)
программа записывается иа магнитную ленту МЛ. Она
И вводится в СЧПУ станка, которая выдает управляю-
щие сигналы приводам подач станка ППХ, ППУ, ППХ.
Вторая схема (рнс. 15-9,6) относится к станкам с вы-
сокой степенью автоматизации. Здесь полученная от
ЭВМ кодированная программа на перфоленте непосред-
ственно вводится в СЧПУ станка. После интерполятора
(илн мини-ЭВМ), которые входят в данном случаев
СЧПУ станка, сигналы декодированной программы без
промежуточной записи на магнитную ленту подаются на
приводы подачй ППХ, ППУ, ППт.
Запись и считывание программ. Принципы составле-
ния программы для стайка с числовым управлением и
формы записи ее в декодированном виде (в унитарном
коде) на перфоленте нли магнитной ленте были рас-
смотрены в § 15-1. В общем случае программа переме-
щений рабочих органов станка, выданная цифровой
ЭВМ или рассчитанная вручную, представляется на пер-
фоленте илн в отдельных случаях иа перфокарте в том
нли ином числовом коде.
Наиболее прост двоичный код, который имеет два
знака: 1 и 0. При записи чисел на перфоленте в этом -
коде на месте каждого знака 1 пробивается отверстие.
На месте Знака 0 ленту не пробивают. В двоичной си-
стеме счисления любое число выражается комбинацией
только двух цифр 0 н 1 (так как число 2 представляет
собой единицу следующего разряда). Например, деся-
тичное число 201 в двоичной системе выразится как
201=« 128 + 64 4-0 + 0 + 8-|-0 + 0 + 1 = 1-27-4-
+ l-2e + 0-2e + 0-24 + l-23 + Qi2’ +
+ 0-21 + 1-2е = 11001001.
Недостаток двоичной системы по сравнению с деся-
тичной—примерно втрое большее количество знаков.
Поэтому на практике применяют обычно двоично-деся-
тичные коды, например код 8—4—2—1. В этом коде
420
Цифры имеют двоичное обозначение, а все число запи-
сывается как десятичное. Каждую цифру десятичной
системы при этом можно выразить в двоичном обозна-
фении четырьмя знаками, т.е. на перфоленте для про-
бивки отверстий используются четыре дорожки. Так, на
'(ВЯТидорожечиой ленте (рис. 15-10) пробивка на 1-й до-
Рис. 15-10. Участок перфоленты с записью программы в коде 8-4-2-1.
рожке задает цифру 1, на 2-й—2, на 3-й—4 н на 4-й —
8. Таким образом, осуществляя в каждой строке ленты
от одной до четырех пробивок, можно задать в строке
любое число of 1 до 9. Подобным образом, используя
необходимое число строк, можно задать любую число-
вую величину перемещения рабочего органа.
Каждому участку технологического цикла в програм-
ме отводится определенная совокупность строк перфо-
ленты— кадр. Кроме перемещений на ленте или карте
отмечаются соответствующими пробивками: направле-
ние движения рабочего органа, скорость, различные
421
вспомогательные команды. Для выделения участков
цикла н «адресов» команд используется 5-я дорожка.
Например, для программы, представленной на рис. 15-10,
пробивка на 5-й дорожке в сочетании с пробивкой на
1-й дорожке этой же строки соответствует началу уча-
стка, на котором рабочий орган станка совершает дви-
жение вдоль оси х (адрес — «координата х»), пробивка
на 5-й дорожке в сочетании с пробивкой на 2-й дорожке
соответствует началу участка с движением вдоль оси
у (адрес — «координата у») и т.д. На строке, следую-
щей за признаком адреса, задается направление пере-
мещения, например пробивка на 1-й дорожке — движе-
ние «вперед», на 2-й дорожке — движение «назад». Пе-
ремещение задается на следующих строках кадра, на-
пример, на рис. 15-10 задано число:
Дх = 8761 = 8-103 + 7- 10а + 6 - 10х 4- 1 • 10°.
Конец участка фиксируется пробивкой на 5-й дорож-
ке при отсутствии других пробивок в строке. Пробивки
на 5-й дорожке в сочетании с пробивками на 3-й или
4-й дорожках отвечают вспомогательнымкомандам.
В настоящее время для СЧПУ станков наиболее рас-
пространенным является международный код ISO-7bit
(рис. 15-11). Для записи применяется восьмидорожечная
перфолента шириной 25,4 мм. Здесь адресом совместно
с подадресным числом задают перемещение по х, у, г,
вид траектории (прямая, дуга окружности), скорость
подачи и другие технологические и вспомогательные
. команды. Цифры представляются в коде 8—4—2—1.
Для записи на пяти- или восьмидорожечной теле-
графной перфоленте используют автоматические перфо-
раторы ПЛ-80, управляемые цифровой ЭВМ, или руч-
ные перфораторы с клавишной системой, как у пишу-
щей машинки. Оператор, читая таблицу с программой,
нажимает на клавиши и пробивает отверстия. В случае
ошибки отверстия заклеивают.
Считывание программы, записанной на перфоленте
(или перфокарте), производится обычно при помощи
контактного или фотоэлектрического устройства. В кон-
тактном устройстве (рис. 15-12, а) лента 4 перемещает-
ся по металлической контактной пластине 3. Когда щет-
ка / попадает в отверстие 2 перфоленты, цепь тока за-
мыкается, срабатывает контактное или бесконтактное
реле, и в интерполятор поступает соответствующий сиг-
422
ISO -7 bit
0 •• •
1 • • •
2 • •• • •
3 •• • ••
ч
5
6
7 • •• •••• •
8
9 + • •
/о • ••• • • • • • • •• • •
( •
) •
/ • • •••••
«••• •
NUL • • • • • • •
DEL
BS • •• •
НТ •
SP • •
LF •
СК • ••• •
4
Рис. 15-11. Программирование в коде ISO-7bit.
в —обозначение кода; б —запись на перфоленте (два кадра).
нал/В бесконтактном устройстве (рис. 15-12,6,) свет
лампы 5 через линзы 4 и отверстие 3 в перфоленте 2 ос-
вещает фоторезнстор'/. При этом сопротивление фото-
резистора резко уменьшается, и включенное в его цепь
реле срабатывает. Перфолента протягивается через счи-
тывающее устройство обычным путем перемотки с од-
423
ной кассеты на другую. Перфокарты накладывают на
барабан или подают из специального бункера. Количе-
ство щеток или фоторезисторой в считывающем устрой-
стве определяется числом дорожек перфоленты или пер-
фокарты.
Преобразованная интерполятором (декодированная)
программа ддя контурных СЧПУ записывается на маг-
Рис. 18-12. Схемы считывающих устройств.
нитной ленте при помощи кольцевой магнитной головки
• (рис. 15-12, в) либо в. виде последовательности команд-
ных импульсов, т. ё. в унитарном коде, либо в форме так
называемой фазовой записи синусоидальных или им-
пульсных напряжений. При фазовой ааписн угол сдвига
фаз управляющего напряжения относительно некоторо-
го опорного напряжения задает величину и направле-
ние перемещения рабочего органа станка.
. Когда через обмотку 1 записывающей магнитной го-
ловки проходит импульс постоянного тока, на ферро-
магнитном слое 2 ленты 3 возникают штрихи 4 попереч-
424
В кого намагничивания. При пропускании тока через об-
мотку 5*1га ленте появляется импульс противоположной
МТ- Полярности.
При воспроизведении записи'на магнитной лентепос-
ледняя протягивается под считывающей магнитной го-
Ловкой (рис. 15-12,г). Когда под головкой в зоне зазо-
-ра проходит штрих записи, магнитный поток в сердеч-
Рис. 15-13. Функциональные схемы импульсной (о) и фазовой (б)
СЧПУ.
нике головки резко изменяется, что вызывает появление
в обмотке 6 головки импульса ЭДС, которая далее уси-
ливается и используется для управления.
Каждая магнитная головка предназначена для запи-
си или считывания команд на одной дорожке магнитной
ленты. При записи в унитарном коде обычно отводят по
две дорожки для каждой координаты. При фазовой за-
писи для каждой координаты предусматривается своя до-
рожка и, кроме того, яще одна дорожка используется для
записи вспомогательных команд. Таким образом, в за-
425
писывающем или считывающем устройстве устанавлива-
ется блок магнитных головок, количество которых опре-
деляется числом используемых дорожек магнитной
ленты.
Контурные СЧПУ с записью программы на магнит-
ной ленте. Как отмечалось ранее, такие СЧПУ работа-
ют по декодированным программам. Запись унитар-
ном коде используется для станков с шаговыми двига-
телями, фазовая запись — для станков со следящими
приводами.
Функциональная схема СЧПУ с программой в уни-
тарном коде (такие системы называют импульсными)
показана на рис. 15-13, а (для одной координаты х).
В 'этой системе магнитные головки МГх+, МГХ_ считы-
вают с магнитной ленты записанные на ней импульсы и
направляют их в усилители Ух+, Ух_ н далее в кольце-
вой электронный коммутатор ККХ. Коммутатор распре-
деляет импульсы по обмоткам шагового двигателя ШДХ
(в данном случае трехфазного), при этом каждый уп-
равляющий импульс предварительно усиливается усили-
телем мощности УМХ. В ответ на каждый поступивший
импульс шаговый двигатель отрабатывает элементар-
ное перемещение — шаг. Число импульсов определяет
перемещение, а частота их следования — скорость пода-
чи/Системы управления по двум другим координатам
у и z построены аналогично.
Функциональная схема СЧПУ с фазовой записью
программы (фазовой СЧПУ) изображена на рис. 15-13, б
(также для одной координаты х). На четырех до-
рожках магнитной ленты нанесены записи синусоидаль-
ных напряжений. Они соответственно считываются маг-
нитными головками МГХ, МГУ, МГг н МГОП. Напряже-
ние задающего сигнала для координаты х подается от
головки Л1Гх на усилитель Ух н после него в так назы-
ваемый фазовый детектор ФДХ. Сдвиг фазы Д<р3,х сину-
соиды задающего сигнала относительно опорного на-
пряжения при записи, как отмечалось выше, определя-
ет требуемое перемещение. Одновременно головкой
МГоп считывается напряжение опорного сигнала, кото-
рое через усилитель Уоп подается, на входные обмотки
датчика обратной связи по перемещению — так называ-
емого^ вращающегося трансформатора ВТрх. С выход-
ных обмоток ВТрх снимается синусоидальное напряже-
ние, сдвиг фазы которого Дфф,х по отношению к опорио-
426
му напряжению пропорционален углу поворота ротора
ВТрх, т.е. фактическому перемещению рабочего’Органа
станка по координате х (вращающийся трансформа-
тор -» микромашина переменного тока, на статоре и ро-
торе которой расположены по две взаимно перпендику-
лярные обмотки: входные — на статоре и выходные —
иа роторе). Напряжение с выходных обмоток ВТрх
подается на второй вход фазового детектора ФДХ.
Таким образом, на входы фазового детектора данной
координаты поступают два синусоидальных сигнала;
один из них определяет заданное перемещение значени-
ем угла Д<рз,х, другой — фактическое перемещение зна-
чением Дфф.х. В ФДХ эти сигналы сравниваются, и в за-
висимости от значеиня и знака разности 6л=Лф3,л—Дфф,*
вырабатываются сигналы управления для привода пере-
мещения по координате х. Привод выполнен с питанием
двигателя Дх от преобразователя Дх. Получая сигнал
6Х, привод перемещает рабочий орган так, чтобы рас-
согласование между заданным и фактическим положени-
ями рабочего органа исчезло. Аналогично выполнены и
работают узлы СЧПУ для других координат.
Недостатки СЧПУ с записью на магнитной ленте:
нельзя исправить илн изменить изготовленную програм-
му; велик расход магнитной ленты при больших пере-
мещениях, поэтому все более расширяется применение
СЧПУ, в которые встроены интерполяторы или мини-
ЭВМ, т.е. по схеме на рис. 15-9,6, когда программа вво-
дится в СЧПУ в кодированном виде на перфоленте.
Позиционные и прямоугольные СЧПУ с кодирован-
ными программами. В этих системах программа вводит-
ся в кодированном виде с записью на перфоленте или
перфокарте. Интерполяторы для таких систем не нуж-
ны. Вместо ннх используются различного рода счетные
устройства, сумматоры и регистры для хранения чисел.
Как правило, все эти устройства выполнены на основе
триггерных ячеек с полупроводниковыми приборами.
По принципу работы различают позиционные и пря-
моугольные СЧПУ с датчиками обратной связи, т.е.
замкнутые и разомкнутые.
Замкнутые системы имеют датчик обратной связи,
преобразующий перемещения рабочего органа либо в
форме последовательности импульсов, каждый из кото-
рых отвечает элементарному перемещению (шагу), ли-
бо в форме числового кода. Принцип действия одного
427
из наиболее распространенных датчиков обратной свя-
зи иллюстрируется на .рис. 15-14. Диск 1 датчика меха-
нически соединен с подвижным узлом станка. Диск (ме-
таллический) имеет радиальные прорези. При’ его. вра-
щении по1*ок света от лампы 2, падающий на фотоэле-
мент 3, периодически прерывается. Поэтому от фотоэле-
Рис, 15-14. Фотоэлектри-
ческий датчик обратной
связи.
Рис. 15-15. Графики изменения скорости
подачи при работе станков с позицион-
ными и прямоугольными СЧПУ.
мента в систему управления поступают импульсы тока,
которые и используются в качестве сигналов обратной
связи.
В управляющем устройстве системы есть узел срав-
нения, в котором сравнивается число заданных элемен-
тарных шагов с числом фактически отработанных. Ког-
да заданное перемещение будет отработано, система вы-
даст команду на останов исполнительному приводу.
Скорости и направления перемещений задаются от-
дельными командами. Кроме того, обычно применяется
снижение скорости подачн при подходе рабочего органа
к заданной точке. На рис. 15-15 приведены графики ско-
рости v в зависимости от перемещения х. Показан слу-
чай, когдд координата хв начального положения рабо-
чего органа меньше, чем заданного конечного положе-
ния хк. Привод включается в точке хв. Он разгоняется
до заданной скорости t'p, затем следует движение с этой
скоростью; за Дх1»10 мм до конечного заданного по-
ложения скорость снижается до значения Ui, а затем за
Дх2— до «ползучей» скорости о2. Величину п2 подбира-
ют экспериментально при наладке станка так, чтобы по-
грешность за счет тормозного пути Дхт не превышала
допустимую.
. ' ‘ В разомкнутых позиционных и прямоугольных СЧПУ
ЯСПоЛьзуются шаговые двигатели. Здесь управляющее
^устройство имеет счетчик, который считает импульсы,
Сдаваемые на двигатель. Когда счетчик переполняется
(т.е. отсчитано заданное число импульсов), подача им-
вульсов прекращается, и двигатель останавливается.
Системы числового программного управления изго-
товляют на специализированных заводах. Конструктив-
но они выполняются из уни-
фицированных узлов в виде
отдельных пультов управле-
ния. В позиционных1 систе-
мах наибольшее распростра-
нение получили пульты уп-
равления «Координата
С-70» (рис. 15-16)—для
сверлильных станков, «Ко-
ордината Р-69»—для ко-
ординатно-расточных стан-
ков, «Размер 2М» — для
тяжелых станков и др.
Пульты управления кон-
турных систем для токар-
ных, фрезерных и ряда
Рис. 15-16. Пульт управления
СЧПУ.
других станков разделяются
на две группы: 1) без встро-
енного интерполятора с де-
кодированной программой
на магнитной ленте—например пульт «Контур 4МИ»
для станков с шаговыми двигателями ШД-4; 2) со
встроенным интерполятором и кодированной программой
на перфоленте—например: пульт «Контур ЗП» для
станков с шаговыми двигателями ШД-4; пульт Н332
дЛя станков со следящим приводом, выполненный на
элементах «Урал-10» и интегральных схемах «Логика-2»;
пульт Н551 на интегральных! схемах (по принципу спе-
циализированной вычислительной машины), предназ-
наченный для станков с шаговыми двигателями ШД-5
и др.
1>-5. МНОГООПЕРАЦИОННЫЕ СТАНКИ И ПРОМЫШЛЕННЫЕ
РОБОТЫ
В последние годы все большее распространение по-
лучают станки с автоматизированной сменой инструмеи-
429
та — многооперациоииые станки (обрабаты-
вающие центры). Сменой инструмента управляет СЧПУ
по соответствующей рабочей программе.,
Подобные станки выполняются с револьверными
головками либо е инструментальными ма-
Рис. 15-17. Инструментальная револьверная толовка многоопераця-
онного станка.
газ и н а м и. На рис. 15-17 показан узел миогоопераци-
онного станка для токарной и фрезерно-сверлильной об-
работки деталей типа тел вращения. Обрабатываемая
деталь закрепляется в шпинделе 3. Две револьверные
головки с инструментами для токарной обработки (го-
ловка 2) и фрезерно-сверлильной обработки (головка 5)
430
расположены на шпиндельной бабке 4, которая может
• поворачиваться иа 360° вокруг вертикальной оси. Бабка
4 установлена на столе 1, обеспечивающем движение
продольной и поперечной-подачи.
Станки с инструментальными магазинами оснащают-
ся автооператорами, прн помощи которых нужный инет-
Рис. 15-18. Схема стационарного промышленного робота.
румент извлекается из магазина и устанавливается в ра-
бочее положение в-шпинделе станка, а ранее использо-
ванный инструмент возвращается на свое место в
магазине.
Качественно новым решением в автоматизации про-
цессов металлообработки явилось создание мащнн ново-
го технологического класса — универсальных автоном-
ных манипуляторов с программным управлением — про-
мышленныхроботов.
Промышленный робот представляет собой механи-
ческую руку, т. е. техническое устройство, предназначен-
ное для автоматического воспроизведения двигательных
функций верхней конечности человека. Промышленные
роботы могут иметь до десяти степеней свободы и спо-
431
собны осуществлять большое число операций По захва-
ту, перемещению и установке деталей. Роботы могут быть
выполнены как стационарными, так и подвижными. Ис-
полнительным элементом робота является захват. У под-
вижных роботов в исполнительную часть входит также
механизм перемещения робота. Все подвижные элемен-
ты робота снабжены отдельными приводами (электри-
ческими, гидравлическими, пневматическими). Управле-
Рис. 15-19. Компоновки участков с роботами.
ние движениями робота осуществляется от системы цика-
дового или числового программного управления.
Применение промышленных роботов позволяет за-
менить ими производственных рабочих на циклически
повторяющихся тяжелых и однообразных операциях,
стимулирует переход на прогрессивные методы поточного
производства и создает предпосылки для коренного ре-
шения проблем автоматизации как отдельных производ-
ственных операций, так и производства в целом.
На рис. 15-18 схематически изображен один из вари-
антов стационарного промышленного робота. На непод-
вижном основании / установлен стол 2 со стойкой 3.
Стол может поворачиваться вокруг оси 0-0. По стойке
перемещается вдоль оси 0-0 каретка 4, несущая руку
робота 5. В свою очередь, рука может двигаться по ка-
ретке вдоль оси OrOi. Кисть 6 руки с захватом 7 пово-
рачивается относительно самой руки в двух направлени-
ях: вокруг осей Oi-Од и 0г-О2- Открытие и закрытие
захвата обеспечивается путем Перемещения его подвиж-
ных губок. Таким образом, не считая перемещения губок
захвата, показанный на рисунке робот имеет пять степе-
ней свободы.
432
Е> На рис. 1549 показаны возможные компоновки стан-
ков 2 с роботом / и накопителями 3. Стационарный ро-
ст можно поставить для обслуживания одного (рис.
№1649, а) или нескольких станков (рис. 15-19,6), под-
вижной робот может перемещаться вдоль фронта стан-
Ежов (рис. 15-19,в). Во всех этих случаях реализуется
участок, на котором полностью автоматизированы все
основные и вспомогательные операции. Связав подобно-
кго рода участки системами транспортировки деталей,
можно получить автоматические линии и цеха.
К? Промышленные роботы применяют также в кузнечно-
прессовом производстве, в литейных цехах, в электросва-
речных, гальванических и окрасочных установках,. в
Сборочных цехах и т. д.
LГлава шестнадцатая
£ ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ 1
Г КУЗНЕЧНО-ПРЕССОВЫХ МАШИН
1«-1. НАЗНАЧЕНИЕ И УСТРОЙСТВО КУЗНЕЧНО-ПРЕССОВЫХ
МАШИН
1
Основной недостаток обработки металлов резанием
| состоит в том, что значительное количество металла ухо-
дит в стружку. При обработке металлов давлением (ков-
г ке, горячей и холодной штамповке, прессовании, прокат-
ке, волочении, гибке) снижаются отходы металла, улуч-
шаются механические свойства обрабатываемых деталей,
повышается производительность. Обработка метал-
лов и материалов давлением производится как в горя-
чем, так и в холодном состоянии. Особенно экономичен
второй способ, поскольку при этом исключаются затраты
на предварительный подогрев металла, сокращается
время обработки, отсутствуют потери иа угар металла.
Все кузнечно-прессовые машины разделяются иа не-
сколько основных групп: молоты, прессы, кривошипные
машины, кузнечно-щтамповочные автоматы для горячей
и холодной высадки.
Молоты. Кузнечные молоты предназначены для де-
формации металла ударами падающих частей. На моло-
тах выполняются все технологические операции свобод-
ной ковки (осадка, вытяжка, прошивка, рубка и т, д.)»
28-612
433
а также горячей штамповки. Наибольшее распростране-
ние получили механические молоты с электрическим при-
водом, применяемые главным образом в массовом про-
изводстве, когДа. требуется изготовление большого коли-
чества мелких несложных деталей.
В механических молотах ударное действие осущест-
вляется с помощью фрикционного или кривошипного ме-
* хаиизма, приводимого в движение электродвигателем.
. Соответственно различают два вида механических моло-
тов: фрикционные и кривошипные.
В промышленности находят применение фрикционные
молоты с так называемой доской, на конце которой за-
крепляется ударная баба. Вертикальные возвратно-по-
ступательные движения доске сообщаются фрикционным
механизмом, который при включении двигателя молота
поднимает ее вверх. При отключении двигателя в верх-
ней точке подъема доска, освобождается, и баба подает
вниз, нанося удар по заготовке. Такие молоты изготов-
ляются с массой падающих частей 200—3000 кг и широ-
ко применяются для горячей штамповки.
В кривошипных молотах между кривошипно-шатун-
ным механизмом электропривода и механизмом молота
помещается эластичное устройство в виде рессор, пру-
жин или резиновых буферов. Кривошипные молоты при-
меняются для свободной ковки мелких изделий, когда
требуется большое количество легких ударов, следующих
непрерывно один за другим. Масса падающих частей та-
ких молотов колеблется от 25 до 250 кг,' частота ударов
200—500 в мйиуту.
Прессы. Отличие прессов от молотов заключается в
том, что деформация металла на прессах производится
постепенным давлением, а не ударом, поэтому не требу-
ется больших и сложных фундаментов, исключаются со-
трясения грунта н зданий. На прессах выполняются опе-
рации свободной ковки, горячей и холодной штамповки.
Прессы разделяют на два основных вида: гидравличес-
кие, в которых используется в качестве рабочей жидкос-
ти вода под давлением до 20—30 МПа, а в тяжелых прес-
сах — до 50—60 МПа, и механические с электроприво-
дом.
В механических прессах движение от двигателя к пол-.
зуну передается кривошипио-шатунным механизмом, эк-
сцентриками, фрикционной или реечной передачей и т. п.
На рис. 16-1 изображена кинематическая схема ковочно-
434
ползуну крепится верхний
Зм7
Рис. 16-1. Кинематическая схе-
ма механического кривошипно-
го ковочно-штамповочного прес-
са.
' 7
77777777777^777777777777
штамповочного кривошипного пресса. От электродвига-
теля 1 через клиноременную передачу 2 (ее ведомый
шкив 10 является маховиком), шестерни 3, 4 и дисковую
муфту 5 получает вращение кривошипный вал 6, кото-
рый при помощи шатуна 7 сообщает ползуну 8 верти-
кальное перемещение. К i
&
Рис. 16-2. Устройство фрикци-
онного пресса.
штамп, а к столу пресса — нижний штамп. Кривошипный
вал приходит в движение только тогда, когда включена
фрикционная муфта & с пневм-атическнм нажимом. Тор-
моз 9 служит для остановки кривошипного вала после
отключения муфты.
На рис. 16-2 показана упрощенная кинематическая
схема фрикционного пресса. Двигатель 1 через клиноре-
менную передачу 2 непрерывно вращает два диска 3 и
4, которые попеременно прижимаются к маховику 5, си-
дящему на вертикальном винте 6, связанном с ползуном
28’
435
7. Перемещение дисков-производится пневмосистемой,
управление которой осуществляется электромагнитами
Эм1 и Эм2. При включении электромагнита Эм1 к махо-
вику прижимается диск 3, и ползун движется вниз; ког-
да сработает Эм2, то диском 4 маховик будет вращать-
ся в обратную сторону, и ползун станет перемещаться
вверх.
Механические прес-
сы— один нз самых рас-
пространенных и прогрес-
сивных, кузнечио-прессо-
вых машин. В настоящее
время изготовляются раз-
нообразные кривошип-
ные прессы с усилием
60—80 000 кН и числом
ходов ползуна до 90 в
минуту, винтовые фрик-
ционные прессы с усили-
ем до 6000 кН и др. На
механических прессах
выполняется холодная
(листовая) и горячая
(объемная) штамповка, чеканка, выдавливание и мно-
гие другие операции. Штамповка на механических прес-
сах имеет ряд преимуществ по сравнению со штампов-
кой на молотах: более высокая производительность,
большая Точность штамповки, меньший удельный рас-
ход электроэнергии.
В штамповочных цехах электромашиностроительных
заводов для изготовления деталей электрических машин
методом холодной штамповки применяются механичес-
кие кривошипные прессы. В массовом производстве
электродвигателей для штамповки листов сердечников
статоров и роторов применяются специальные листо-
штамповочные пресс-автоматы с нижним приводом.
На рис. 16-3 показано устройство такого прессгГ. От
двигателя 1 через вариатор 2 и ременную передачу 3
вращение сообщается маховиКу 4 и кривошипному валу
5, расположенному в нижней части пресса. Кривошипы
вала через цилиндрические колонки 7 сообщают возврат-
но-поступательное движение верхней траверсе 8, на ко-
торой кренится верхняя половина штампа. Нижнюю-по-
ловину устанавливают иа столе 9. Стальная полоса пе-
436
управлением в функции пути. Но сейчас начинают вне-
дряться промышленные образцы машин с использовани-
ем для управления их работой электромагнитных муфт,
Магнитных усилителей, индуктивных, полупроводнико-
вых и радиоактивных датчиков, замкнутых систем авто-
матического управления, в которых все более широкое
Применение получают бесконтактные устройства дис-
кретного действия — бесконтактные логические элемен-
ты, срок службы которых во много раз больше, чем у
релейно-контактных.
Характерными особенностями управления кузнечно-
прессовыми машинами являются следующие: 1) обеспе-
чение заданного режима движения' ползуна (или другого
основного рабочего органа), обеспечивающего требуемое
качество изделий и производительность машины; 2) осу-
ществление точного взаимодействия ползуна со вспомо-
гательными механизмами (автоматическими подачами,
загрузчиками, выталкивателями) и немедленное отклю-
чение машины при нарушении указанного взаимодейст-
вия, поскольку это может привести к авариям и травма-
тизму. Особое внимание уделяется обеспечению безопас-
ности работы оператора. Например, в схемах управления
некоторыми кузиечно-прессовыми машинами при пуске
предусматривается обязательное наждтие оператором
двух кнопок обеими руками одновременно, с тем чтобы
исключить случайное попадание рук в рабочую зону
(зону удара или сдавливания). Применяются также
фотоэлементы, посредством которых машина отключа-
ется, если в ее рабочую зону попадают посторонние
предметы или рука оператора.
В качестве примера рассмотрим ^электрическую схе-
му кривошипного ковочио-штамповочиого пресса (рис.
16-6). Управление прессом может производиться как от
кнопок, так и от ножной педали. Для выбора режима
управления служит универсальный переключатель УП,
имеющий контакты УП-1—УП-4. Предположим, что
рукоятка этого переключателя поставлена в левое поло-
жение (кнопки), т. е. замкнут контакт УП-1. Тогда при
включении вводного выключателя ВВ подается напря-
жение на главные цепи и цепи управления, включается
промежуточное реле РП2 через замкнутые размыкаю-
щие контакты кнопок хода ползуна КнХ1, К.Н.Х2 и про-
межуточного реле РПЗ. Контакт РП2 в цепи замыкаю-
щих контактов кнопок КнХ1 и КнХ2 замыкается; другой
445
контакт РП2 в пени контакта путевого командоаппара-
та ВКА1 обеспечивает самопитание р^еле РП2.
При нажатии кнопки КнП в зависимости от положе-
ния переключателя режима работы пресса TIP срабаты-
вает контактор КЛ1 или КЛ2 и включает двигатель Д
(основным направлением вращения Д является то, ко-
~380В
Рис. 16-6. Электрическая схема кривошипного ковочно-штамповочно-
го пресса.
торое получается при включении контактора КЛ1-, про-
тивоположное направление -вращения бывает необходи-
мо в некоторых случаях работы пресса). После нажатия
кнопок КнХ1 и К.нХ2 срабатывает промежуточное реле
РП1 и своими замыкающими контактами включает элек-
тромагниты Эм1 и Эм2,^которые осуществляют отторма-
живание коленчатого вала пресса и включение фрикци-
онной муфты с ппейМ этическим управлением. Если киоп-
446
ки КнХ! и КнХ2 остаются нажатыми, то ползун пресса
f будет двигаться вниз. Когда он Достигнет крайнего ниж-
него положения, замыкается и остается замкнутым в те-
чение всего хода ползуна вверх контакт командоаппа-
В рата ВКА2. Таким образом, питание катушки реле РЛ/
сохраняется, хотя в нижнем положении ползуна контакт
ВКА1 командоаппарата разомкнулся, в результате чего
В,- отключилась йЬпь самоблокировки реле РП2. Движение
В ползуна* вверх происходит уже независимо от того, на-
I жаты кнопки ЛкХ7 и КнХ2 илн нет. В крайнем верхнем
положении ползуна размыкается контакт ВКА2 коман-
В,, доаппарата, реле РП1 отключается, обмотки электро-
магнитов Эм1 и Эм2 обесточиваются и ползун останав-
ливается. При этом контакт ВКА1 замыкается. Для осу-
ществления следующего хода пресса нужно вновь на- •
жать кнопки КнХ1 и КнХ2.
Если рукоятка универсального переключателя УЛ
поставлена в правое положение (педаль), то замкнуты
контакты УП-1 и У П-3. При этом включено промежуточ-
В иое реле РПЗ, размыкающие контакты которого выво-
дят из работы цепи кнопок КнХ1 и КнХ2, а замыкающие
В контакты подключают цепи контактов педали НП2. Эти
контакты действуют аналогично кнопкам КнХ1 и КнХ2.
При нажиме педали также произойдет только один ход
пресса, и для совершения нового хода нужно по оконча-
нии предыдущего хода отпустить педаль и опять на-
жать ее.
При установке рукоятки универсального переключа-
теля в среднее положение (наладка) контакт УП-1 ра-
зомкнется, а контакт УП-2 закоротит замыкающие кон-
такты реле РП2 и кнопки КнХ1. Движение ползуна
будет происходить только при нажатой кнопке
КнХ2.
В схеме предусмотрены сигнальные лампы ЛС1—
ЛС4, которые включены на напряжение 12 В. Когда
управленце прессом производится с помощью кнопок,
горит лампа ЛС1, включенная последовательно с раз-
мыкающим контактом РПЗ. Лампа ЛС2 включена через
замыкающий контакт РПЗ и горит при управлении от
В педали. При наладочном режиме замкнут контакт УП'4,
К поэтому горит лампа ЛСЗ. О наличии напряжения в се-
ти указывает лампа ЛС4. Переносная осветительная
лампа ЛО присоединяется посредством штепсельной po-
ll зеткй.
t
447
На рис. 16-7 представлена принципиальная схема уп-
равления фрикционным прессом. Переключатель ПУ
обеспечивает два режима работы пресса — одиноч-
ными и непрерывными хода'ми. Пусть .ПУ
поставлен в правое положение (Один). Прн нажатии
кнопки КнП включается контактор КЛ и двигатель Д
Рис. 16-7. Принципиальная схема управления фрикционным прессом.
начинает вращаться. Если теперь нажать кнопку КнВ,
то контактор КВ включит электромагнит Эм1 и ползун
будет перемещаться вниз (см. рис. 16-2). В конце хода
нажимается путевой выключатель ВП1, который, отклю-
чает электромагнит Эм1, и диск перестает прижиматься
к маховику. Замыкающий контакт ВП1 включает реле
времени РВ, уставка которого подбирается такой, чтобы
маховик успел остановиться. После срабатывания реле
РВ получает питание катушка контактора КН. При этом
включается электромагнит Эм2, к маховику прижима-
ется второй диск н начинается подъем ползуна пресса.
В конце подъема срабатывает путевой переключатель
ВП2, теряет питание контактор КН и движение ползуна
прекращается, электромагнит Эм2 отключается. Прн
замкнутом контакте ПУ пресс будет работать непрерыв-
ными ходами. Пуск двигателя Д в обоих режимах рабо-
448
я осуществляется вез нагрузки, так как пр< отключе-
на । двигателя замыкающий контакт Кл размыкает цепи
иушеК'Контакторов КВ и КН,
Г »аКв семнадцатая
1ЛЕКТРООБОРУДОВ АНИЕ КОМПРЕССОРОВ
И «ЕНТИЛЯТОРОВ
17-1. НАЗНАЧЕНИЕ И УСТРОЙСТВО КОМПРЕССОРОВ И
ВЕНТИЛЯТОРОВ
Компрессоры и вентиляторы относятся к группе ме-
ханизмов, получивших 'широкое распространение на
всех промышленных предприятиях.
Компрессоры применяют для получения сжатого воз-
духа или другого газа давлением свыше 4 • 105 Па (4 кгс/
/см2) с целью использования его энергии в приводах
пневматических молотов и прессов, в пневматическом
инструменте, в устройствах пневмоавтоматики и т. д.
Разновидностью компрессоров являются воздуходувки,
служащие для подачи воздуха или газов давлением от
1,1-НР-до 4» 10® Па.
» По принципу действия компрессоры делятся на цен-
тробежные и поршневые. Центробежные ком-
прессоры по конструкции подразделяют на турбин-
ные и ротационные. В турбинном компрессоре
(рис. 17-1, а) ротор 1 с лопастями при вращении захва-
тывает газ из впускного трубопровода 2 ивубрасыва-
ет его в выпускной трубопровод 3. Увеличение давления
происходит'за счет повышения скорости движения час-
тиц газа и его сжатия между лопастями и корпусом ком-
прессора при эксцентричном расположении ротора.
В ротационном компрессоре (рис. 17-1,6) увеличе-
ние давления осуществляется путем сжатия газа в ка-
мерах, образуемых с помощью пластин 1, которые пере-
мещаются под действием центробежных сил в направля-
ющих ротора 2 при его вращении и прижимаются к стен-
кам корпуса. Впускной вентиль, 6 и выпускной вентиль
3 во время работы компрессора открыты. Для обеспече-
ния работы компрессору при отсутствии потребления
сжатого газа служит обходной трубопровод 4 с венти-
29—512 _ 449
Статическая мощность Р» на валу центробежных
компрессоров изменяется пропорционально третьей сте-
пени угловой скорости ш .(рис. 17-1, г), если отсутствует
противодавление. Для этих механизмов характерны
простота конструкции, надежность в эксплуатации и
высокая производительность. Такие компрессоры, при-
Рис. 17-1. Схемы компрессоров: центробежного (а), ротационного
(б) и поршневого (в) ?ипов. Гр'афики зависимости мощности иа валу
механизмов центробежного типа от скорости (г) и поршневого типа
от угла поворота кривошипа (д).
меняются для получения давлений до 6-10s Па (турбии-
' ные) идо 15-10® Па (ротационные).
В поршневом компрессоре (рис. 17-1, в)
при вращении кривошипного вала 1 и движении поршня
2 вниз газ засасывается через открытый впускной кла-
пан 3. При движении поршня ввер^С клапан 3 закрыва-
ется, происходит сжатие воздуха, который через выпуск-
ной клапан 4 направляется к потребителям.
Поршневые компрессоры отличаются неравномернос-
тью подачи раза. В компрессоре одинарного действия
450
подачи газа производится только при ходе поршня вверх.
В компрессоре двойного действия иодача газа осущест-
ется при ходе поршня в обе стороны. Мгновенная
'мощность рг на валу таких механизмов изменяется по
синусоидальному закону в зависимости от угла поворота
« кривошипа (рис. 17-1, д). С целью сглаживания гра-
й фика нагрузки на валу приводного двигателя устанав-
ливают маховик. Для уменьшения колебаний давления
^'потребителя между ним и компрессором помещают
I" ресивер (промежуточный герметичный резервуар — воз-
духосборник). Поршневые компрессоры имеют более
'«ложную конструкцию, чем центробежные, и примеия-
Рщтся для получения давлений до 1000-105 Па при от-
v носнтельно небольшой производительности.
Высокие давления газа могут быть получены только
>sJ в многоступенчатых компрессорах, в которых газ сжима-
-ется последовательно в нескольких цилиндрах или ка-
мерах. При сжатии газа в компрессорах выделяется
большое количество тепла, которое обычно отводится с
помощью проточной воды, проходящей через кожух ком-
прессора. Благодаря охлаждению сохраняется неизмен-
ной температура сжимаемого газа и снижается мощ-
ность приводного двигателя. Угловая скорость рабочего
; вала компрессоров составляет у поршневых 30—75 рад/с,
L у ротационные 300 рад/с, у турбинных до 1200 рад/с.
Вентиляторы предназначены для вентиляции произ-
водственных помещений, отсасывания газов, подачи воз-
Рйс. 17-2. Схемы вентиляторов.
о — центробежного типа; б —осевого типа.
29*
451
духа или газа в камеры электропечей, в котельных «
других установках. Вентиляторы создают перепад Дав-
ления (0,01—-0,1) -10» Па. , _ -
По конструкции вентиляторы делятся на центробеж-
ные и Осевые. Они выпускаются в нескольких исполне-
ниях в зависимости от. направления выхода воздуха,
(вверх, вниз, горизонтально и т. д.) и направления вра-
щения. Рабочее колесо-J центробежного вентилятору
(рис. 17-2, а) вращается в кожухе-2. Воздух засасыва-
ется через боковое отверстие 4 кожуха и выбрасывается
через выходной раструб 3. Осевой вентилятор (рис.
17-2, б) имеет рабочее колесо с несколькими лопатками
/, сходными по форме с Лопатками воздушного или греб-
ного винта. Колесо вращается электродвигателем 2,
укрепленным внутри корпуса 3, и создается тяга (поток)
воздуха через раструб вентилятора.
Наибольшее распространение на промышленных
предприятиях, получили центробежные вентиляторы. Они
имеют такую же, как и центробежные компрессоры, за-
висимость статической мощности на валу от скорости
(Р3=ст?) (рис. 17-1,а), называемую вентиляторной ха-
рактеристикой. Момент на валу вентилятора изменяется
пропорционально квадрату скорости, а производитель-
ность вентилятора пропорциональна угловой скорости в
первой степени.
17-Х ОСОБЕННОСТИ ЭЛЕКТРОПРИВОДА И ВЫБОР МОЩНОСТИ
|* ДВИГАТЕЛЕЙ КОМПРЕССОРОВ И ВЕНТИЛЯТОРОВ •
Для механизмов данной группы типичен продолжи-
тельный режим работы, поэтому их электроприводы, как
правило, нереверсивные с редкими пусками. В отличие
от механизмов непрерывного транспорта компрессоры и
вентиляторы имеют небольшие пусковые статические мо-
менты — до 20—25% от номинального. В зависимости
от назначения, мощности и характера производства, где
установлены механизмы этой группы, оии могут требо-
вать или небольшого, но постоянного подрегулирования
производительности при отклонении параметров воздуха
(газа) от заданных значений, или же регулирования
производительности в широких пределах.
Производительность компрессоров, вентиляторов и
воздуходувок можно изменять тремя способами: изме-
452
пением угловой скорости приводного двигателя, измене-
на вием сопротивления магистрали (трубопровода) с по-
мощью задвижки, а также конструктивным изменением
рабочих органов механизма в процессе регулирования
^поворотные лопатки в вентиляторах и т.п.).
К": ' Для вентиляционных установок цеховых помещений
[V*- и большинства поршневых компрессоров не требуется ре-
$•, гулирования угловой скорости приводных .двигателей.
Л , Поэтому здесь применяют асинхронные двигатели с ко-
роткозамкнутым ротором и синхронные двигатели. При
Йг, мощности более 50—100 кВт привод с синхронным дви-
№ гателем обычно оказывается экономически выгоднее,
чем привод с асинхронным двигателем. Хотя синхронные
двигатели сложнее по устройству и дороже, чем асин-
Е хронные, применение их целесообразно для одновремен-
ного улучшения cos <р предприятия.
Поскольку поршневой компрессор при работе созда-
К ет на валу периодически изменяющийся момент сопро-
К тивления, это вызывает колебания ротора синхронного
двигателя. Чтобы уменьшить такие колебания и устра-
г нить возможность выпадания двигателя нз синхронизма,
к для привода поршневых компрессоров применяют спе-
циальные. тихоходные синхронные двигатели (ю0 до
26,2—31,4 рад/с) с большой перегрузочной способностью,
повышенным моментом инерции ротора и большими зна-
чениями входного (синхронизирующего) момента.
► При достаточной мощности питающей сети произво-
дится прямой пуск асинхронных и синхронных двигате-
лей. В тех случаях, когда сеть не позволяет осуществить
прямой пуск, применяют различные способы ограничения
пускового тока, например пуск двигателя через авто-
трансформатор или реакторы.
Если необходимо регулирование скорости механизмов
с вентиляторным характером нагрузки на валу, напри-
мер вентиляторов и дымососов котельных, то применя-
ют асинхронные двигатели с фазным ротором, а также
привцды с асинхронными двигателями с короткозамкну-
тым ротором и дросселями в цепи статора или с элект-
ромагнитной муфтой скольжения, устанавливаемой меж-
ду двигателем и механизмом.
При выборе мощности двигателя для компрессоров
н вентиляторов, как н для всех механизмов с продолжи-
тельным режимом работы и постоянной нагрузкой, тре-
буемую мощность двигателя Рдв находят по мощности
29а—612
453
на валу механизма с учетом потерь в промежуточных ме-
ханических передачах. t
Мощность двигателя поршневого компрессора Т’дв.к,
кВт, определяется по приближенной формуле
р <?Л10~~3 (17-1)
№л 8 Пн Пп
где Q — производительность (подача) компрессора,
м’/с; (Лж+Ла)/2—работа, Дж/ма, изотермического
и. адиабатического сжатия 1 м8 атмосферного воздуха
давлением pi = l,01-106 Па до требуемого давления рх,
Па; для давлений до 10-10® Па значения А указаны
ниже:
о., 10» Па................... 3 4 5 6 7 8 9 10
А, 10» Дж/м»............... 132 164 190 213 -230 245 260 272
t)K — индикаторный КПД компрессора, учитывающий
потери мощности при реальном процессе сжатия возду-
ч ха и равный 0,6—0,8; т)п — КПД механической передачи
между компрессором и двигателем, его значения лежат
в пределах 0,9—0,95; kB — коэффициент запаса, равный
1,05—1,15 и учитывающий не поддающиеся расчету фак-
торы.
Мощность двигателя вентилятора Рлв,в, кВт, можно
вычислить по формуле
*•' 8 ПвПп
(17-2)
' где Q — производительность вентилятора, м3/с; Н — на-
пор (давление) газа, Па; т)в — КПД вентилятора, рав-
ный 0,5—0,85 — для осевых, 0,4—0,7 — для центробеж-
ных вентиляторов; т)п — КПД механической передачи;
йз — коэффициент запаса, равный 1,1—1,2 при мощности
, больше 5 кВт, 1,5 — при мощности до 2 кВт и 2,0 — при .
„ мощности до 1 кВт.
По формуле (17-2) определяется и мощность двига-
теля центробежного компрессора.
Пример 17-1. Выбрать приводной двигатель для поршневого
компрессора. Производительность компрессора Q«=20 м3/мнн; на-
чальное давление воздуха pi=l,l-10s Па, конечное давление иа вы-
ходе pioolO-105 Па; индикаторный КПД компрессора г)«=0,78; тре-
буемая угловая скорость двигателя со» 103 рад/с.
По данным, приведенным иа стр. 454, для 10-J0’ Па находим
A—272-I0* Дж/м8 н затем определяем мощность двигателя ком-
прессора, приняв 1,05 и цп=0,95.
Требуемая мощность двигателя
. QA-10-3 . „„20-272-10е-КГ3 „
t" Лдв.к = ' -----= 1.05 —„ „ — = 128,5 кВт.
= 1,05
Т)КГ)В 60-0,78-0,95
В качестве приводного двигателя может быть использован ре-
' комендуемый для поршневых компрессоров асинхронный двигатель
С к. з. ротором типа АТМ-6-125: Рном=130 кВт, 1/иои=380 В, шВом=>
/ 102,6 рад/с.
Пример 17-2. Выбрать асинхронный двигатель с короткозамк-
нутым ротором для вентилятора, обеспечивающего при угловой ско-
рости двигателя ыНом«Ю0 рад/с производительность QaoM=3 м3/с
в напор НВОК=570 Па, а также найти значения угловой скорости
двигателя, необходимые для регулирования производительности в
Пределах 2,6—2,8 м3/с. Значение КПД вентилятора можно принять
2 неизменным и равным t]B=0,64. Вентилятор непосредственно соеди-
вен с двигателем.
Требуемая мощность двигателя при Qhom=3 м3/с и »)п=1
с учетом коэффициента запаса fea= 1,1* будет равна:
„ . Сном^ном'Ю-3 . . 3-570-10 3
РД».в = Ъ------—--------= 1,1 J j = 2,94 кВт.
Пв Пп
Выбнраем двигатель типа 4А112МА-6: РИом=3 кВт, С/Яом°*
«=380 В, Швом = 100 рад/с..
Номинальный момент двигателя
/Ином = ^вом*Ю3/<Вяом = 3-10 /100 = 30 Н-м.
Скорости двигателя при Qi=2,8 м3/с и Qa=2,6 м3/с с учетом
того, что Оиом=сыном, Qi=c<O|, Qi=c<o3, где с — постоянный коэф-
фициент, будут равны:
Ы1 = Ыном Qi/Qhom — 100-2,8/3 = 93,0 рад;с;
ы3 «=« Ыном Qs/Qhom = 100-2,6/3 = 86,7 рад/с.
Моменты двигателя при этих скоростях
Mi = Л!ном(Ш1/<оном)« = 30(93,3/100)» = 26,1 Н-м;
/И, = /Ином (©./whom)* = 30(86,7/100)» = 22,6 Н-м.
Указанные скорости можно получить изменением напряжения на
статоре двигателя [см. характеристики <а=[(/И) на рис. 17-3,в].
17-3. АВТОМАТИЗАЦИЯ РАБОТЫ ВЕНТИЛЯТОРНЫХ И
КОМПРЕССОРНЫХ УСТАНОВОК
Вентиляторные и компрессорные установки промыш-
ленных предприятий в основном предназначаются для
обслуживания определенных технологических процессов,
Поэтому их производительность зависит от потребления
воздуха (газа) в ходе работы производственного участ-
ка и изменений внешних условий, например температу-
ры, влажности воздуха, запыленности.
29а*
46»
Эти установки достаточно просто поддаются автома-
тизации путем применения специальной аппаратуры, ко-
торая дает сигнал об изменении режима работы и про-
изводит соответствующие переключения в схеме управ-
ления без участия обслуживающего пёрсонала; задача
последнего сводится лишь к периодическому контролю
действия аппаратов и профилактике.
Рассмотрим некоторые примеры построения схем
управления электроприводами, которые позволяюгобес-
лечить автоматизацию вентиляторных и компрессорных
установок.
Автоматизация работы вентиляторных установок.
Для привода вентиляторов низкого и среднего давления
и малой производительности обычно применяют асин-
хронные двигатели с короткозамкнутым ротором. Для
вентиляторов большой производительности и высокого
давления устанавливают асинхронные двигатели с корот-
козамкнутым ротором высокого напряжения и синхрон-
ные двигатели.
На рис. 17-3 приведена схема управления вентиляцион-
ной установки, состоящей из вентиляторов В1—В4 с при-
водными асинхронными двигателями с короткозамкну-
тым ротором Д/—Д4, предназначенной для проветри-
вания помещений и поддержания при этом заданной
температуры. Эти требования осуществляются ступен-
чатым регулированием угловой скорости двигателей пу-
тем изменения напряжения статора с помощью авто-
трансформатора АТ (рнс. 17-3, а), а также выбором,
количества находящихся в работе вентиляторов. Схема
обеспечивает ручное и автоматическое управление вен-
тиляторами; выбор режима работы осуществляется пе-
реключателем УП (рис. 17-3, б).
Ручное управление имеет место при переводе руко-
ятки УП в положение 4-45°, при этом подготавливаются
К включению цепи катушек контакторов КЛ, К1—К4.
Двигатели вентиляторов пр писанию разделены на две
группы: первая группа {Д1 и Д2) подключена к шинам
' на вторичной стороне АТ постоянно; вторая группа ДЗ
и Д4 присоединяется к шинам АТ и включается в рабо-
ту (при ручном управлении) переводом рукоятки пере-
ключателя 11К2 в положение 2, при котором срабаты-
вает контактор К4.
Управление угловой скоростью двигателей вентилято-
ров осуществляется переключателем ПК1, имеющим че-
45в
Рис. 17-3. Электропривод вентиляционной установки.
а— схема силовых цепей; б— схема цепей управления; в—механические ха-
рактеристики двигателей при переключении выводов автотрансформатора АГ.
тыре положения. В положении / все двигатели отклю-
чена. При установке рукоятки ПК1 в положение 2 вклю-
чаются контакторы К1 и КЛ, последний своими замы-
кающими контактами подключает к сети АТ, с нижних
отпаек которого через контакты К1 к статорам двигате-
457
лей подводится пониженное напряжение (1Л< t/ном) >
при этом вентиляторы работают на минимальной скоро-
сти <01 (рис. 17-3,в). При повороте рукоятки ПК1 в по-
ложение 3 отключается контактор К/ и включается кон-
тактор К2, статоры двигателей присоединяются на сред-
ние отпайки АТ, вентиляторы будут работать иа средней
скорости со: и их производительность увеличится. Пово-
ротом рукоятки ПК1 в положение 4 включается контак-
тор КЗ, двигатели переключаются на полное напряже-
ние сети {/8=^ном. скорость их <оз будет номинальной,
а производительность вентиляторов — максимальной.
Последовательно с катушками каждого из контакторов
К1—КЗ включены два размыкающих вспомогательных
контакта других контакторов, что предотвращает к. з.
частей обмоток автотрансформатора АТ при переключе-
нии контакторов.
Автоматический режим работы осуществляется при
установке рукоятки переключателя УП в положение
—45°. Цепи катушек контакторов К1—К5 подключают-
ся к источнику питания через контакты реле Р1—Р4, ко-
торые являются выходными устройствами регуляторов
температуры РТ1 и РТ2. Если температура воздуха в
помещении соответствует заданной, то включается кон-
тактор КК а размыкающие контакты Р/ и Р2 замкну-
ты; включен контактор К2 и вентиляторы работают на
средней скорости.
При повышении температуры переключаются кон-
такты реле Р1, контактор К2 отключается, а КЗ — вклю-
чается, и вентиляторы будут работать с номинальной
скоростью, что обеспечивает более интенсивное провет-
ривание помещения. Если температура воздуха станет
ниже заданной, то переключаются контакты реле Р2,
включается контактор КК и интенсивность проветрива-
ния снижается.
При дальнейшем понижении температуры воздуха
вступает в действие регулятор РТ2. Вначале размыка-
ется контакт его реле РЗ, отключаются контактор К4 и
вторая группа двигателей ДЗ, Д4. Если температура й
помещении продолжает понижаться, то при определён-
ном ёе значении откроется размыкающий контакт реле
Р4 и отключится контактор К5, который своим контак-
том отключает контактор КЛ, вследствие чего все вен-
тиляторы останавливаются, и проветривание помеще-
ния прекращается,
458
Автоматизация работы компрессорных установок.
,График потребления сжатого воздуха на промышленных
Предприятиях, как правило, имеет переменный характер
В течение суток. Для обеспечения нормальной работы
Потребителей ^необходимо, чтобы д авление воздуха под-
держивалось постоянным; это является одним из основ-
ных требований, предъявляемых при автоматизации
Рис. 17-4. Специальная аппаратура управления компрессорам»,
в — электрокоитактиый манометр; б — струйное реле. i
компрессорных установок. Давление в воздуховодной се-
ти зависит от потребления воздуха и производительности
компрессора. Когда расход .воздуха равен производи-
тельности компрессора, давление в сети будет номиналь-
ным. Если потребление воздуха становится больше про-
изводительности, то давление падает, и наоборот.
Наибольшее применение для приводов компрессоров
получили асинхронные двигатели с короткозамкнутым
ротором и синхронные двигатели. Регулирование произ-
водительности компрессоров в этих случаях осуществ-
ляется путем автоматического открывания всасывающих
клапанов с помощью регулятора давления. Регулирова-
ние производительности может осуществляться также
периодическим включением компрессорных агрегатов с
459
учетом графика нагрузки и давления в воздухопроводах,
которое контролируется специальным манометром; кон-
такты манометра вводятся в схему управления двига-
телем.
На рис. 17-4, а показано устройство электроконтакт-
ного манометра. Как и в обычных манометрах, в нем
применяется трубчатая одновитковая пружина /^за-
крытая с одного (подвижного) конца, а другим (непо-
движным) концом сообщающаяся си средой — газом,
давление которого необходимо контролировать.
Действие манометра основано на линейной зависи-
мости между упругой деформацией трубчатой пружины
и давлением, действующим внутри нее. Изменение дав-
ления вызывает перемещение закрытого конца трубча-
той пружины, который через передаточный механизм
приводит в действие подвижный контакт 3, укреплен-
ный на стрелке. При повышении давления пружина /
стремится разогнуться, при уменьшении давления — со-
гнуться. Если давление превысит значение руСт, на кото-
рое настроен манометр, то подвижный контакт 3 замы-
кается с неподвижным контактом 4; при уменьшении
давления ниже установленного контакт 3 замыкается с
неподвижным контактом 2.
Контактная система допускает включение на напря-
жение 380 В переменного и 220 В постоянного тока; мощ-
ность контактов 10 В-А. Примеры типов электроконтакт-
нь!х манометров: МГ-278 — показывающие, МГ-618 — ’
самопишущие. Кроме контактных манометров применя-
ются поршневые, сильфонные реле давления и другие
приборы.
Для поддержания температуры сжимаемого воздуха
в компрессорах (особенно на большие давления) в до-
пустимых пределах применяется принудительное охлаж-
дение установок водой, которая пропускается через ох-
лаждающие рубашки цилиндров и промежуточные хо-
лодильники, где нагретый при сжатии воздух омывает
трубки с циркулирующей холодной водой. Так как крат-
ковременная остановка системы охлаждения компрессо-
ра недопустима, за ее работой устанавливается контроль
с помощью специальных приборов, отключающих ком-
прессор при недопустимом повышении температуры воз-
духа или прекращении подачи воды.
Так, на трубопроводах, подводящих охлаждающую,
воду, устанавливаются струйные реле различных конст-
460
рукций. На рис. 17*4,6 показано устройство струйного
реле типа МС-51. Реле имеет две цилиндрические мем-
браны сильфона 2, соединенные трубками 4 с дроссель-
ным устройством диафрагмы /, устанавливаемой внут-
ри трубопровода 5. При уменьшении количества проте-
кающей воды изменяется перепад давления на диафраг-
ме, происходит переключение контактов 3 реле, что обе-
Рис. 17-5. Технологическая схема компрессорной установки.
спечивает подачу в схему управления сигнала на
отключение двигателя компрессора.
На рис. 17-5 показана технологическая схема ком-
прессорной установки с двумя поршневыми компрессо-
рами 2, приводимыми в движение асинхронными двига-
телями 1. Сжатый воздух после компрессора проходит
через воздухоочистительное устройство 6, в котором очи-
щается от пыли, влаги, масла. По воздухопроводу 8 воз-
дух поступает в ресиверы 10, откуда по трубопроводу 12
направляется к потребителям. Обратные клапаны 5 пре-
дотвращают работу одного компресора на другой при
разнице в создаваемом ими давлении. Трубопроводы 3
и 4 предназначены для циркуляции охлаждающей воды.
Датчиками автоматического управления служат два
влектроконтактных манометра 11, подвижные контакты
461
которых устанавливаются на определенные верхние и
нижние пределы давлений воздуха в ресиверах. Верхние
пределы для обоих манометров могут быть одинаковыми
и при достижении их двигатели компрессоров будут от-
ключаться. Нижиие пределы давления манометров уста-
Рве. 17-6. Схема автоматического управления компрессорной уста-
новкой.
навлнваются разными. При падении давления вначале
включается только одцн компрессор, если же давление
будет продолжать падать, то включается и второй ком-
йреСсор.
При пуске компрессора сначала включают охлаждаю-
щую воду, затем приводной двигатель. Для уменьшения
начального момента сопротивления пуск можно произво-
дить при открытом разгрузочном вентиле 7 воздухоочи-
стительного устройства. После пуска двигателя разгру-
зочный вентиль закрывается. Чтобы давление воздуха
в. ресиверах не снижалось при остановке компрессоров,
в системе имеются обратные клапаны 9.
Электрическая схема управления компрессорной уста-
новкой, состоящей из двух агрегатов К1 и К2, приведена
на рис. 17-6. Двигатели компрессоров Д1 и Д2 пита-
ются от трехфазной сети ~380 В через автоматические
выключатели ВА1 и ВА2 с комбинированными расцепи-
телями. Включение и отключение двигателей производят-
ся магнитными пускателями ПМ1 и ПМ2. Цепи управ-
ления и сигнализации питаются фазным напряжением
220 В через однополюсный автоматический выключатель
ВАЗ с максимальным электромагнитным расцепителем.
Управление компрессорами может быть автоматиче-
ским или ручным. Выбор способа управления произво-
дится с помощью ключей управления КУ1 и КУ2. При
ручном управлении включение и отключение пускателей
ПМ1 и ПМ2 осуществляется поворотом рукояток клю-
чей КУ1 и КУ2 из положения О (Отключен) в положе-
ние Р (Включен).
Автоматическое управление компрессорами произво-
дится при установке ключей КУ1 и КУ2 в положение А,
а включение и отключение пускателей осуществляется с
помощью реле РУ1 и РУ2. Контроль давления
воздуха в ресиверах производится двумя электроконтакт-
иыми манометрами, контакты которых включены в цепи
катушек реле РУ1—РУ4. Очередность включения комп-
рессоров при падении давления устанавливается с помо-
щью переключателя режимов ПР. Если ПР установлен
в положение КК то первым включается компрессор КК
Предположим, что ресиверы наполнены сжатым воз-
духом, давление соответствует верхнему пределу (кон-
такты манометров Ml-Н и М2-Н разомкнуты) и комп-
рессоры ие работают. Если в результате потребления
воздуха давление в ресиверах падает, то при достижении
463
ими минимального значения, установленного для пуска
первого компрессора, замкнется контакт- Ml-Н первого
манометра (И— нижний предел), сработает реле РУ1 и
своим контактом включит пускатель ПМ1 двигателя пер-
вого компрессора.. В результате работы компрессора К1
давление в.ресиве*рах будет повышаться и контакт М1-Н
разомкнется, но это не* приведет к отключению компрес-
сора, так как катушка реле РУ1 продолжает получать
питание через свой контакт и замкнутый, контакт реле
РУ4. При повышении давления в ресиверах до макси-
мального предела замкнется контакт манометра М1-В
(В — верхний предел), сработает реле РУ4 и своим кон-
тактом отключит реле РУ1> потеряет питание пускатель
.ПМ1 и компрессор К.1 остановится.
В случае недостаточной производительности первого
‘'компрессора или его неисправности давление в ресиверах
будет продолжать падать. Если оно достигнет предела,
установленного для замыкания контакта М2-Н второго
манометра (манометры Ml и М2 регулируются так, что-
бы контакт М2-Н замыкался по сравнению с контактом
•Ml-Н.при Несколько меиыпем давлении), то сработают
реле РУЗ и РУ2. Последнее своим контактом включит
пускатель ПМ2, т. е. вступит в работу компрессор К2.
Реле РУ2 после размыкания контакта М2-Н остается
включенным через свой контакт и замкнутый контакт реле
РУ4. Когда давление в ресиверах в результате совмест-
ной работы обоих компрессоров (или только К2 при не-
исправном К1) поднимется до верхнего предела, замкнет-
ся контакт манометра М2-В и включится реле РУ4. В ре-
зультате отключаются реле РУ1 и. РУ2 и пускатели ПМ1
и ПМ2. Оба компрессора остановятся.
В схеме предусмотрен контроль исправности компрес-
сорной установки. Если несмотря на работу обоих комп-
рессоров давление в ресиверах продолжает падать или
не изменяется, то контакт М2-Н иижиего предела оста-
нется замкнутым, и реле РУЗ будет включено. Оно своим .
контактом приведет в действие реле времени РВ, кото-
рое с некоторой выдержкой времени, необходимой дл<
обеспечения нормального подъема давления, компрессо-
ром К2, замкнет свой контакт РВ в цепи аварийно-пре-
дупредительной сигнализации, и персоналу будет подан
сигнал о необходимости устранения неисправности.
Сигнальная лампа ЛЖ служит для световой сигнали-
зации о режиме работы компрессорной установки при
464
ручном управлении. Она загорается при падении давле-
ния в ресиверах, получая питание через контакт реле
РУЗ. Сигнальная лампа ЛБ и реле напряжения РКН слу-
.жат для контроля наличия напряжения в цепях управле-
ния. Контроль температуры воздуха в компрессорах,
охлаждающей воды и масла осуществляется специаль-
ными реле (на схеме не показаны), которые вместе с
реле РКП воздействуют на цепи аварийно-предупреди-
тельной сигнализации, извещая персонал о ненормаль-
ной работе установки.
Для многих предприятий требуется бесперебойное снабжение
производственных участков сжатым воздухом. С целью уменьшения
количества персонала, который должен вести наблюдение за рабо-
той и своевременным включением (отключением) компрессоров, эти
функции могут быть возложены на автоматизированный электро-
привод.
На рис. 17-7 приведена упрощенная электрическая схема авто-
матического управления синхронным двигателем (типа ДСК-260/24-36,
Рном=625 кВт, <о0=17,5 рад/с, 1Л,ом—6000 В) двухцилиндрового
поршневого воздушного компрессора (типа 55-В, QBOM>=100 м”/мнн
при р=8-103 Па), входящего в компрессорную станцию из пяти аг-
регатов. Схема обеспечивает автоматическое включение и отключе-
ние двигателя ДС в зависимости от суточного графика потребления
воздуха н давления в воздушной магистрали. В схеме предусмот-
рено также ручное (местное) управление двигателем компрессора.
Переход на тот или иной режим осуществляется установкой пере-
ключатели ПА в соответствующее положение. Прн ручном управле-
нии команда на пуск двигателя ДС подается переключателем КУ,
запрет или разрешение на пуск устанавливается переключателем КР.
При пуске синхронный двигатель ДС подключается прямо на
сеть масляным выключателем ВМ. Обмотка возбуждения двигате-
ля наглухо подсоединена к возбудителю В, который приводится во
вращение асинхронным двигателем с короткозамкнутым ротором
ДА, включаемым одновременно с двигателем ДС*. Катушка маг-
нитного пускателя ПМ двигателя ДА получает питание через вспо-
могательные контакты выключателя ВМ. Масляный выключатель
включается и отключается соответственно электромагнитами ЭмВ
н ЭмО.
Выключатель ВМ может быть включен, если .открыт разгрузоч-
ный вентиль воздухоочистительного устройства компрессора, что со-
ответствует замкнутому состоянию контакта промежуточного реле
РПП, а также обеспечено определенное давление масла в магистра-
лях смазки компрессора. Давление масла контролируется механиче-
ским реле давления РДМ1, РДМ2 и промежуточным реле РПДМ.
При нормальном давлении контакт РПДМ в цепи катушки проме-
жуточного реле защиты- РПЗ открыт. По окончании пуска двигателя
ДС разгрузочный вентиль закрывается, и компрессор подключается
'к ресиверу.
В цепь катушки РПЗ вводятся также контакты других .реле (не
показанных иа рис. 17-7), контролирующих нормальную работу
* В последнее время большинство крупных синхронных двигате-
лей комплектуется тиристорными возбудителями [21].
466
3-~6кВ
3~3808 2208
Рис. 17-7. Схема автоматического уп-
равления синхронным двигателем
поршневого компрессора.
компрессора (РПТ — промежуточное реле датчика температуры
сжатого воздуха; РСВ— струйное реле, сигнализирующее об умень-
шении давления охлаждающей воды, РВВ— реле времени контроля
исчезновения охлаждающей воды) н двигателя ДС (РМ — реле
максимальной токовой защиты, срабатывающее при к. з., нерегруз-
ках н переходе двигателя в асинхронный режим; PH—реле напря-
жения, замыкающее свой контакт при исчезновении или чрезмерном
снижении напряжения сети; РКП — реле контроля пуска, действую-
щее совместно с токовым реле РТ и реле времени РВКП, оно вклю-
чается при затянувшемся пуске, когда по истечении установленной
выдержки времени реле РВКП ток двигателя не спадает до значе-
ния рабочего тока, н контакт реле РТ остается замкнутым). После-
довательно с контактами указанных реле включены токовые ка-
тушки сигнальных реле PCI—РС7. Реле РПЗ закрывает свой кон-
такт в цепи электромагнита ЭмО в тех случаях, когда создается
цепь питания катушки РПЗ через соответствующие контакты реле
контроля и защиты.
В режиме автоматического управления включение
двигателя ДС производится с диспетчерского пункта от часового
механизма, чей импульсный контакт РЧ включает промежуточное
реле РПЧ, которое далее продолжает воздействовать на схему уп-
равления при открытом контакте РЧ. Контакт РЧ замыкается иа
20—30 с обычно в начале смены. На основании данных суточного
расхода воздуха на предприятии может быть задана и другая
программа работы компрессорной установки, выполняемая для со-
хранения определенного давления воздуха в магистрали, которое
•контролируется реле давления с промежуточным реле РПДВ. При
снижении давления воздуха замыкается контакт РПДВ в цепи ка-
тушки промежуточного реле РПВ и размыкается контакт РПДВ в
цепи катушки промежуточного реле отключения РПО. Если подана
команда от часового механизма и сработало реле РПЧ, то реле РПВ
) также срабатывает и своим контактом включает реле автоматического
включения РАВ, которое замыкающим контактом подает питание в
катушку ЭмВ выключателя ВМ. Происходит запуск компрессора.
После включения реле РПВ катушка реле РПЧ териет питание.
Замкнувшийся вспомогательный контакт ВМ включает промежу-
точное реле РПВМ, которое отключает реле РАВ и подготавливает
цепь включения реле РАО. Последующее замыкание контакта РЧ
часового механизма (например, в конце смены) вызовет срабатыва-
ние реле автоматического отключения РАО. Однако включение про-
межуточного реле РПО и подача питания в катушку ЭмО выклю-
чателя ВМ, а значит, и остановка компрессора могут произойти
только после того, как давление воздуха в магистрали станет вы-
f ше допустимого и закроется замыкающий контакт реле РПДВ.
Повышение перегрузочной способности двигателя ДС и устра-
нение возможности выпадания его из синхронизма при снижении на-
пряжения сети достигается путем увеличения тока возбудителя В.
Это осуществляется при помощи реле напряжения РФ, катушка ко-
JT6poro подключается к сети через трансформатор напряжения, и
контактом КФ. При контакт РФ в цепи катушки КФ
открыт. Если напряжение Uc снизится, то контакт РФ закроется,
контактор КФ включится и зашунтирует своим контактом резистор
R, в цепи обмотки возбуждения ОВВ возбудителя, что обеспечит
увеличение тока возбуждения, а следовательно, и максимального
момента синхронного двигателя ДС.
467
Глава восемнадцатая
ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ НАСОСНЫХ
УСТАНОВОК
1S-1. НАЗНАЧЕНИЕ И УСТРОЙСТВО НАСОСОВ
Насосные установки широко применяются на элект-
ром а шиностроительных предприятиях для перекачивав
ния (транспортировки) жидких сред — вязких жидко-
стей, а также технологической и охлаждающей воды.
Сюда относятся, например, насосы для перекачки охлаж-
дающей эмульсии в металлообработке, насосы в системе
водоснабжения и канализации, специальные насосы для
химических сред (щелочей и кислот) в гальванических
цехах, насосы для пропиточных составов, лакокрасочных
материалов и т. д.
. По способу действия насосы разделяются на поршне-
вые и центробежные, их устройство подобно устройству
прошиевых-и центробежных компрессоров (см. рис> 17-1).
Поршневые насосы применяются для перекачивания
воды при больших высотах всасывания (до 5—6 м). Вви-
ду возвратно-поступательного движения поршня для та-
ких насосов, как и для поршневых компрессоров, харак-
терны неравномерность хода и пульсация нагрузки на
валу (при всасывании жидкости имеет место холостой
ход, при сжатии — рабочий ход). Работа поршневых на-
сосов сопровождается поэтому неравномерным Течением
жидкости в напорном трубопроводе. Для сглаживания
пульсаций нагрузки и повышения равномерности хода
применяют в одном насосе несколько рабочих цилинд-
ров, а па валу устанавливают маховик.
Поршневые насосы пускаются при открытой задвиж-
ке на напорном трубопроводе, иначе может произойти
авария. Если йасос работает на магистраль, где поддер-
живается постоянный напор Н, то поршню при каждом
ходе приходится преодолевать постоянное среднее уси-
лие независимо от скорости перемещения. Среднее зна-
чение мощности на валу насоса PCp—cHQ, но так как
#=const,TO ^cP=CiQ=ca©. Следовательно, среднее зна-
чение момента иа валу иасоса при постоянном противо-
давлении не зависит от Аловой скорости вала:
Л1ср = Pctfa> = са <о/<о = const.
-468
Таким образом, поршневой насос пускается в ход под
нагрузкой, и от приводного двигателя требуется повы-
шенный пусковой момент.
Установки с центробежными насосами (рис. 18-1)
получили наибольшее распространение. В спиральном
корпуса 1 насоса помещается рабочее колесо 2 с лопат-
ками. При вращении колеса двигателем Д жидкость
Рис. 18-1, Общий вид установки с
центробежным насосом.
поступающая к центру
колеса из заборного ре-
зервуара 6 через всасы-
вающий трубопровод 7 и
открытую задвижку 8,
•центробежной силой вы-
брасывается по лопаткам
на периферию корпуса.
В результате в центре
рабочего колеса создает-
ся разрежение, жидкость
засасывается в насос,
снова выбрасывается ло-
патками колеса на пери-
ферию корпуса и далее
подается в напорный тру-
бопровод 3. Таким обра-
зом, в системе при от-
крытой задвижке 5 со-
здается непрерывное те-
чение жидкости и центро-
бежный насос имеет рав-
номерный ход. Зависи-
мость мощности на валу
двигателя от скорости
у этих насосов подобна аналогичным характеристикам
центробежных компрессоров и вентиляторов (см. рис.
17-1,а), т.е. РАВ=са3.
Перед пуском центробежный насос нужно заполнить
жидкостью. Насос может находиться как ниже, так и вы-
ше уровня жидкости, подлежащей подъему или перекач-
ке. Если он расположен ниже уровня жидкости (рис.
18-1), то для его заливки достаточно открыть вентиль 8.
Если же насос находится выше уровня перекачиваемой
жидкости, то для заливки требуется создать разрежение
внутри корпуса насоса при помощи специального ваку-
ум-насоса, в качестве которых обычно применят порш-
*30—812
489
невые насосы. В последнее время для залнвки таких на-
сосов стали применять аккумуляторные баки (см. рис.
18-5,6). Такой бак устанавливается выше уровня насоса,
через него проходит всасывающий трубопровод, и после
остановки насос оказывается залитым жидкостью, как
если бы он находился ниже заборного резервуара.
После заливки корпуса насоса может быть включен
приводной двигатель. Подменяют три способа пуска
центробежных насосов:
Пуск при закрытой напорной задвижке 5 (рис. 18-1),
при котором плавно повышается давление в напорном
трубопроводе и исключается гидравлический удар в си-
стеме. От двигателя не требуется повышенный пусковой
момент, так как пуск происходит практически вхолостую
(момент Мс,в на валу двигателя составляет 10—20%
Мном в начале пуска и 30—40% в конце), но дополни-
тельно тратится время на последующее открывание за-
движки.
Пуск при открытой напорной задвижке удобен, если
насос расположен ниже уровня жидкости в заборном ре-
зервуаре и имеется обратный клапан 4 (рис. 18-1). В этом
случае не тратится время на открывание задвижки, и
общее время пуска агрегата меньше, хотя пуск самого
двигателя более длителен из-за увеличения Л4С,П.
Пуск с одновременным включением привода откры-
вания напорной задвижки насоса можно рассматривать
как частные случаи первого и второго способов в зави-
симости от соотношения времени открывания задвижки
и пуска насоса.
- При остановке насоса надо вначале медленно — во
избежание гидравлического удара — закрыть напорную
задвижку, а затем отключить двигатель насоса. Предва-
рительное закрывание задвижки до остановки иасоса
необходимо при отсутствии обратного клапана для пре-
дотвращения работы насоса в качестве гидротурбины под
напором жидкости, находящейся в системе. Такой режим
может привести к аварии насосного агрегата.
18-2. ОСОБЕННОСТИ ЭЛЕКТРОПРИВОДА И ВЫБОР
МОЩНОСТИ ДВИГАТЕЛЕЙ НАСОСОВ
Насосы относятся к числу механизмов с продолжи-
тельным режимом работы и постоянной нагрузкой. При
отсутствии электрического регулирования скорости в
470
ж
асосных агрегатах небольшой мощности обычно приме-
няют асинхронные двигатели с короткозамкнутым рото-
ром, питаемые от сети 380 В. Для привода насосов мощ-
’ мостью свыше 100 кВт устанавливают асинхронные и
синхронные двигатели на 6 и 10 кВ с прямым пуском, т. е.
с включением на полное напряжение сети.
Двигатели поршневых насосов соединяются с валом
насоса через замедляющую передачу (клиноременную
или зубчатую), поскольку поршневые насосы являются
тихоходными механизмами. Центробежные насосы в
большинстве случаев выполняются быстроходными, по-
этому их приводные двигатели имеют высокую угловую
скорость (®о=15О—300 рад/с) и соединяются с валом
‘насоса непосредственно.
Мощность двигателя насоса Рдв, кВт, определяется
по формуле
Рдв = fe3Pg.9..(Hc + &H) 10-3f (18-1)
Чном Чп
где р — плотность перекачиваемой жидкости, кг/м3; g=
=9,81—ускорение свободного падения, м/с2; Q — про-
/ изводительность насоса, м3/с; Нс— статический напор,
определяемый, как сумма высот всасывания Л, и нагне-
тания ftH, м (рис. 18-2); ДН — потеря напора в трубопро-
водах насосной установки, м, который зависит от
*' сечения и качества обработки труб, кривизны участков
трубопровода, наличия вентилей и задвижек и т.д.;
Чяом — КПД насоса, принимаемый: для поршневых на-
сосов 0,7—0,9; для центробежных насосов с давлением
п свыше 0,4-105 Па 0,6—(175; с давлением до 0,4- 10Б Па
0,45—0,6; г]п — КПД передачи, равный 0,9—0,95; k3 —
коэффициент запаса; рекомендуется принимать его 1,1—
V-’ 1,3 в зависимости от мощности двигателя.
Для центробежного насоса особо важен правильный
выбор угловой скорости двигателя, так как производи-
тельность насоса Q, создаваемый им напор Н, момент М
и мощность Р на валу двигателя зависят от угловой ско-
рости о. Для одного и того же насоса значения Qb Hi,
‘•ft Mi и Pi при скорости mi связаны со значениями Q2, Н2,
М2, и Р2 при скорости <bj соотношениями:
= = 418-2)
Qs w. ’ Я, М, ’ Pt ш3 ’
30*
471
Из этих соотношений следует, что при завышении
скорости двигателя потребляемая им мощость резко
возрастает, что приводит к перегреву двигателя. При
заниженном значении скорости двигателя создаваемый
насосом напор может оказаться недостаточным, и насос
не будет перекачивать жидкость.
Эксплуатационные свойства механизмов центробеж-
ного типа (насосов, компрессоров и вентиляторов) опре-
деляются зависимостью напора Н (давления жидкости
или газа иа выходе механизм#) от 'производительности
Q при различных угловых скоростях со механизма. Эти
зависимости, называемые Q—//-характеристиками, обыч-
но приводятся в виде графиков в каталогах для каждо-
го конкретного механизма.
На рис. 18-3, а показаны Q—//-характеристики 1—5
центробежного насоса. Чтобы определить параметры Н
и Q насоса, необходимо знать Q—//-характеристику ма-
гистрали (потребителя), на которую будет работать на-
сос (кривые д и с). Пересечение характеристик насоса и
магистрали дает значения Q и Я,т. е. определяет режим
работы механизма при различных скоростях его рабо-
чего колеса. Полный напор в системе складывается* из
статического //с и динамического Нтп напоров, при этом
вторая составляющая напора пропорциональна квадра-
472
скорости или квадрату производительности насоса,
X Н^Нс + Нат^Нс+с(^. (18-3)
г*
' В системе с преобладанием статического напора
(Кривая с на рис. 18-3, а) при незначительном изменении
Скорости двигателя от ©1=иНом До ©з характеристика
Рис. 18-3. Q—//-характеристики центробежного иасоса.
а — при различных скоростях рабочего колеса; б — при регулировании произ-
водительности с помощью дроссельных задвижек.
насоса не пересекается с характеристикой системы. Это
значит, что насос перестает подавать жидкость в систе-
му. Такое положение может иметь место при асинхрон-
ном приводе насоса, когда’ снижение напряжения сети
Vc обусловливает уменьшение скорости двигателя, что
может вызвать остановку насоса.
Если в системе преобладает динамический напор
(кривая 5), то снижение Uc не приводит к остановке
асинхронного двигателя, одиако производительность на-
Соса уменьшается. При синхронном приводе насоса сни-
жение Uс не изменяет скорости двигателя, и подача жид-
кости в систему не прекращается, ио оно вызывает уве-
личение угла отставания 0 ротора от статора и
уменьшение Мта* синхронного двигателя; прн значи-
тельном снижении ис двигатель выпадает из синхрониз-
ма и останавливается.
473
18-3. РЕГУЛИРОВАНИЕ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ МЕХАНИЗМОВ
С ВЕНТИЛЯТОРНЫМ МОМЕНТОМ НА ВАЛУ
Этот вопрос имеет большое значение в установках центробеж-
ных вентиляторов, насосов и компрессоров с переменным расходом
жидкости или газа. Производительность Q таких механизмов мож-
но регулировать разными способами: дросселированием трубопрово-
да; изменением угловой скорости приводного двигателя; изменением
числа работающих иа магистраль агрегатов; изменением положения
рабочих органов механизма в процессе регулирования (например,
поворотных лопаток иа рабочем колесе).
Все способы регулирования Q связаны с потерями энергии. На
промышленных предприятиях наибольшее распространение получили
первые два способа. Для их оценки произведем сравнение присущих
им потерь мощности.
Регулирование дросселированием осуществляется введением за-
движек в трубопровод, что приводит к изменению результирующего
сопротивления и вида характеристики магистрали 1 (рис. 18-3,6).
При неизменной угловой скорости рабочая точка механизма при
дросселировании перемещается влево по Q—Я-характёристнке от
точки Яиом до -точки Н„ пересечения с новой характеристикой ма-
гистрали 2 и производительность уменьшается. При этом часть на-
пора ДЯР теряется иа регулирующем устройстве.
Если принять, что ЯВом и Сном — номинальные значения напора
и производительность механизма при работе без задвижки, а Яр и
Ямш — напоры, создаваемые до задвижки и в магистрали после нее,
то качество регулирования дросселированием может быть оценено
КПД установки
_ Ямаг Q _ Ямаг ~ ДЯР Г18 41
ЧЯР,Р (ЯМаг+ДЯр)<2 Яр Яр* ( '4)
При отсутствии статического напора в магистрали Ямаг=сС2=
“Яном(С/Оиом)* и в этом случае
Чдр.р — (Яном/Яр) (Q/Qhom)2 w (Q/Qhom)2- (18-5)
Из выражения. (18-5) следует, что при уменьшении Q в 2 раза
КПД установки уменьшится в 4 разан Детальный анализ мощности
потерь при регулировании Q задвижками показывает, что максимум
потерь имеет место при отношении Q/Qkon—0,576 и равен
max — 0,385 Р гном» (18-6)
где Ргвян — мощность на валу двигателя в номинальном режиме.
Поэтому данный способ применяется только в установках мощ-
ностью в несколько киловатт, в которых преобладает статический
напор, при небольшом диапазоне регулирования производительности,
Регулирование изменением угловой скорости двигателя, а зна-
чит, и механизма, производится введением добавочного сопротивле-
ния в цепь ротора или дросселей насыщения в цепь статора асин-
хронного двигателя. Прн преобладании в системе статического на-
пора (рис. 18-3, а, кривая с) незначительное изменение скорости-.от
«вок до приводит к значительному изменению производительно-
сти от QBox до Q. При преобладании динамического напора (кри-
вая д) для такого же снижения производительности необходимо
большее снижение скорости двигателя — от ’<оВОм до <05.
474
р'' <<Для оценки этого способа регулирования определим потери
мощности в роторе асинхронного двигателя, которые пропорциональ-
ЧМ изменению скорости или скольжения, ио имеют ограниченный
ШЦССимум.
-Мощность Ра на валу двигателя, вращающего механизм с вен-
'ЙМториой характеристикой, пропорциональна третьей степени ско-
₽2 — Р2Н0М (<й/<0ном)3.
Электромагнитная мощность Ра двигателя
(18-7)
Pta = Pt/fl —s)=Pa (<o0/<o);
J,’1*'
После подстановки в это уравнение значения Р2 из (18-7) получим:
р-р ( °> \3 9* р
г13 — г»ном I I „ — ^аном
\<»ном/ <0 Юном \®иом >
ю V
(18-8)
£, Потери в роторной цепи двигателя при регулировании угловой
.Скорости, если ие учитывать потери в стали и механические потерн,
Я определяются разностью Ри и Pt, т. е.
ДР 2 — P j2 — Pa — P 2П0М
(18-9)
(18-10)
или
Исследуя выражение (18-9) на максимум, можно определить
максимальные Потери в роторной цепи при регулировании скорости:
isk ^Рzmax — (*/21) Рном (®в/<0ном)
^Ргтах ~ (0> 154 — 0,162) Ргном!
оии имеют место при скорости wOTOX = %а>о-
«ч Сопоставление полученного результата с (18-6) показывает, что
электрический способ регулирования производительности Q более
7*. экономичен, чем дросселирование, так как максимальные потери
А мощности уменьшаются более чем в 2 раза.
Для установок большой мощности (несколько сотеи или тысяч
w- киловатт) рассмотренные способы регулирования угловой скорости
асинхронных двигателей становятся неэкономичными. В этих слу-
Ж-: чаях применяют каскадные схемы электроприводов, в которых поте-
V ри скольжения ДР> возвращаются в сеть или преобразуются в ме-
ханическую мощность и поступают на вал механизма. Преобразова-
№ ине энергии скольжения осуществляется с помощью вентильных
схем; либо с использованием вспомогательных машин, которые раз-
Регулирование изменением числа работающих агрегатов произ-
водится путем включения на параллельную работу нескольких агре-
гатов меньшей мощности. Если в магистрали преобладает статиче-
ский напор, то общая производительность совместно работающих
агрегатов равняется сумме производительностей каждого агрегата,
чем обеспечивается их экоиоминная работа. При преобладании ди-
намического напора общая производительность увеличивается не-
значительно, а работа агрегатов происходит с пониженным’ КПД.
Умещаются иа одном валу с главным двигателем [21].
Г -------- ' ' ’’ —
475
18-4. СПЕЦИАЛЬНАЯ АППАРАТУРА ДЛЯ АВТОМАТИЗАЦИИ
НАСОСНЫХ УСТАНОВОК
Кроме аппаратуры общего назначения — контакто-
ров, пускателей, промежуточных реле, универсальных
переключателей и т. п. в системах автоматизации насос-
ных установок используют специальные аппараты управ-
ления и контроля: реле контроля уровня жидкости,
струйные реле, реле давления, реле контроля заливки
центробежных насосов.
В качестве реле контроля уровня применяют поплав-
ковые реле, электродные реле'уровня, манометры раз-
личных типов, устанавливаемые на сливном трубопро-.
воде, датчики емкостного типа, радиоактивные датчики.
Поплавковые реле уровня применяют обычно для
контроля уровня неагрессивных жидкостей. На рис.
18-4, а показано схематическое устройство такого реле.
В открытый резервуар, в котором контролируется уро-
вень жидкости, погружен поплавок /, подвешенный на
гибком канате через блок 3 и уравновешенный грузом 6.
На канате укреплены две переключающие шайбы 2 и 5,
которые прн предельных уровнях жидкости в резервуа-
ре поворачивают коромысло 4 контактного устройства
8. При поворотах коромысло замыкает соответственно
контакты 7 или 9.
Электродное реле (датчик) уровня, схематически по-
казанное на рис. 18-4,6, применяют для контроля уров-
ня электропроводных жидкостей.1 Реле состоит из двух
металлических электродов,/ и 2, помещенных в кожухе
3, который опускается в резервуар 4 с жидкостью.Элек-
троды реле включены в цепь квтушкн малогабаритного
промежуточного реле РП (электромагнитное реле теле-
фонного типа), которое питается от понижающего тран-
.сформатора Тр.
При подъеме уровня жидкости в резервуаре до ко-
роткого электрода 1 образуется электрическая цепочка:
вторичная обмотка Тр—катушка РП — электрод 1—
жидкость — корпус 4 резервуара. Реле РП срабатывает
и становится на самопитание через свой контакт и элек-
трод 2, а другим контактом производит переключения
в цепях управления насосного агрегата, вводя его в ра-
боту. При опускании уровня жидкости ниже электрода
2 цепь питания катушки РП прерывается, контакты РП
размыкаются, вследствие чего насосный агрегат отклю-
476
4№«тся. По условиям безопасности реле РП выбирают
обычно на низкое напряжение.
Реле контроля заливки центробежных насосов мо-
. тут работать также на принципе поплавка, но в настоя-
щее время стали широко применять реле мембранного
Рис. 18-4. Специальная аппаратура управления насосными устаиов-
каин.
а — поплавковое реле уровня: б —схема электродного датчика (реле) уровня.
g.- типа. Такие реле устанавливаются на 0,3—0,5 м выше
-г уровня насоса. При заливке его жидкостью мембрана
Г . прогибается, перемещает прикрепленный к ней .шток, ко-
торый переключает контактную систему реле. После
Снижения давления мембрана пружиной возвращается
в исходное положение. Достоинством мембранных реле
является большая чувствительность и способность вы-
держивать высокие давления, они применяются, в част-
477
ности, при заливке насосных агрегатов с помощью ваку-
ум-насоса.
Струйные реле используют для контроля -наличия
потока (струи) жидкости в трубопроводе. Существует
много конструкций струйных реле. Наибольшее приме-
нение нашли диафрагменные струйные реле, устройство
одного из ннх показано на рис. 17-4, б.
Реле давления применяют в насосных установках для
контроля за давлением жидкости на различных участ-
ках магистрали. В практике эксплуатации насосов наи-
большее распространение получили реле с мембранной
или трубчатой пружиной (см. рис. 17-4,а).
18-5. СХЕМЫ АВТОМАТИЗАЦИИ НАСОСНЫХ УСТАНОВОК
Рассмотрим примеры построения схем управления
электроприводами насосных агрегатов, поясняющие ос-
новные принципы, используемые при автоматическом
управлении работой указанных механизмов.
На рис. 18-5, а приведена схема автоматизации про-
стейшего насосного агрегата, предусматривающая два
режима управления: ручное и автоматическое. Выбор
режима производится с помощью ключа КУ. Если руко-
Рис. 18-5. Автоматизация работы насоса.
а —схема управления двигателем; б — технологическая схема установки.
ятка КУ поставлена в положение Р (ручное), то управ-
ление двигателем Д насоса осуществляется по обычной
схеме — с помощью кнопок КнП (Пуск), КнС (Стоп)
и магнитного пускателя ПМ. Включение или отключе-
ние насоса в этом случае производится оператором, ко-
торый следит за уровнем жидкости в резервуаре (рис.
18-5,6). Для заливки насоса используется аккумуля-
торный бак 1.
При установке ключа КУ в положение А автомати-
ческое управление двигателем насоса производится от
датчика уровня (поплавкового реле) РУ. При малом
уровне жидкости в резервуаре контакт РУ разомкнут, и
насос не включен. Если жидкость достигает верхнего
уровня, контакт РУ замкнут, получает питание катушка
пускателя ПМ и включается двигатель Д. Насос начи-
нает работать и перекачивать жидкость из емкости к
потребителю. Контакт РУ поплавкового реле остается
замкнутым до тех пор, пока уровень жидкости в резер-
вуаре не снизится до нижней отметки. Тогда контакт
РУ разомкнется, что вызовет отключение пускателя ПМ
и остановку двигателя насоса.
Защита двигателя и аппаратов управления от к. з.
и перегрузки осуществляется автоматическим выключа-
телем ВА, имеющим комбинированный расцепитель.
Нулевая защита'обеспечивается катушкой магнитного
пускателя. Датчик уровня РУ в этой схеме работает
без понижающего трансформатора, а импульс управле-
ния с РУ передается в схему непосредственно — без
промежуточного реле. Такую схему можно применять
при небольшом расстоянии между насосом и резервуа-
ром, когда падение напряжения в проводах, соединяю-
щих катушку ПМ с контактами реле РУ, невелико.
Рассмотрим схему автоматического управления дву-
мя насосными агрегатами Н1 и Н2 (рис. 18-6), эксплуа-
тируемыми без дежурного персонала. Работа схемы ос-
нована на принципе пуска и остановки насосов в зави-
симости от уровня жидкости в контролируемом резер-
вуаре, из которого производится откачка. Для контроля
Заполнения бака жидкостью применяется электродный
датчик уровня ДУ. Схема разработана для условий пус-
ка и остановки насосных агрегатов при постоянно от-
крытых задвижках на выходном трубопроводе. Из двух
агрегатов один является рабочим, а второй — резерв-
ным. Режим работы агрегатов задается переключате-
479
лем откалки 770: в положении / переключателя насос
Н1 с двигателем Д1 будет рабочим, а насос Н2 с дви-
гателем Д2 — резервным, который включается, если
производительность насоса Н1 окажется недостаточной.
~38оа
Ряс. 18-6. Схема автоматического управления двумя откачивающими
насосами.
480
IB положении II рабочим является насос 112, а резерв*
|НМ —Я/.
Рассмотрим работу схемы, когда ПО установлен в
положение I, а переключатели ПУ1 и ПУ2— в положе-
ние Л, т.е. на автоматическое управление насосами.*
Контакты 1 и 3 переключателя ПО замыкают цепи ка-
^ушек реде РУ1 и РУ2, но реле не включатся, так как
при нормальном уровне жидкости остаются разомкну-
тыми электроды 32 и 33 датчика уровня ДУ. При по-
вышении уровня жидкости в емкости до электрода 32
замыкается цепь катушки реле РУ1, оно срабатывает, и
через замыкающий контакт РУ1 подается питание в
катушку пускателя ПМ1. Включается двигатель Д1, и
насос Н1 начинает откачку. Уровень жидкости в емко-
сти понижается, ио при разрыве контакта 32 двигатель
Д1 не остановится, так как катушка реле РУ1 продол-
жает получать питание через свой контакт РУ1 и замк-
нутый контакт электрода 31. Такая блокировка реле
РУ1 применена во избежание частых пусков и остано-
вок насосного агрегата при небольших изменениях
уровня жидкости и обеспечивает отключение насоса
Лишь тогда, когда уровень жидкости спадет ниже нор-
мального и разомкнется контакт 31.
Если произойдет аварийное отключение рабочего на-
соса или производительность его окажется недостаточ-
ной, то уровень жидкости в резервуаре будет продол-
жать повышаться. Когда он достигнет электрода 33 дат-
чика ДУ, получит питание катушка реле РУ2. Реле
сработает и включит магнитный пускатель ПМ2; вклю-
чится двигатель Д2 резервного насоса. Отключение ре-
зервного агрегата произойдет при спадании уровня жид-
кости ниже электрода 31.
Если по каким-либо причинам будет иметь место
большой приток жидкости в резервуар, то производи-
тельность обоих насосных агрегатов может оказаться
недостаточной, и жидкость поднимется до предельно
допустимого уровня, на котором установлен электрод
34. При этом замкнется цепь катушки реле РА, которое
сработает и своим замыкающим контактом включит
цепь аварийной сигнализации, оповещая персонал о не-
нормальной работе насосных агрегатов. Для подачи
предупредительного сигнала прн исчезновении напряже-
ния в цепях управления служит реле контроля напря-
жения РКН. Цепи аварийной сигнализации питаются от
Р 481
самостоятельного источника. Белая сигнальная лампа
Л Б служит для оповещения о наличии напряжения в
цепях управления при контрольных осмотрах аппара-
туры.
Переход на ручное -(местное) управление насосными
агрегатами производится поворотом переключателей
ПУ1 и ПУ2 в положение Р. Включение и отключение
двигателей Д1 или Д2 производится нажатием кнопок
КнП1 и КнС1 или КнП2 и КнС2, расположенных непо-
средственно у насосных агрегатов.
Схема может быть применена для управления дви-
гателями мощностью до 10 кВт, так как цепи катушек
магнитных пускателей защищаются теми же автомати-
ческими выключателями ВА1 и В А 2, что и двигатели.
При двигателях большей мощности для цепей катушек
ЛМ1 и ПМ2 следует применять самостоятельную защи-
ту. Схема на рис. 18-6 с незначительными изменениями
используется и для управления работой насосов пере-
качки охлаждающей эмульсии для металлорежущих
станков,
В рассмотренных схемах командная н исполнитель-
ная части расположены обычно в одном и том же по-
мещении, а за пределы установки вынесены лишь опе-
ративная и аварийно-предупредительная сигнализация.
В более сложных схемах автоматизации насосных агре-
гатов командная и исполнительная части находятся в
различных, иногда весьма удаленных друг от друга местах.
На рис. 18-7 приведена электрическая схема управления насос-
иой задвижкой (запорным вентилем иа трубопроводе), которая от-
крывается и закрывается небольшим асинхронным двигателем Д2
через редуктор. Пусть насос отключен, и задвижка закрыта (это
фиксируется размыканием конечного выключателя ВК1). При по-
даче напряжения на схему загорается вполнакала зеленая лампа
ЛЗ. Включение насосного агрегата производится поплавковым реле
уровня РУ, которое замыкает один контакт в цепи управления дви-
гателем Д1 насоса Н, а другой — в цепи катушки промежуточного
реле РП1 двигателя^адвижки Д2.
После того как насос будет пущей и давление повысится до
нормального значения, замкнет свой контакт реле давления РД в
цепи катушки реле РП1. Это реле включится, закроет свой замыка-
ющий контакт в цепи катушки контактора открывания задвижки КО
и откроет размыкающий контакт в цепи катушки контактора закры-
вания задвижки КЗ. Контактор КО сработает и включит двигатель
Д2 иа открывание задвижки. Открывание контролируется конечным
выключателем ВК2 и ярко горящей красной сигнальной лампой ЛК.
Выключатель ВК2 разомкнет свой контакт, когдп задвижка пол-
ностью откроется. При этом контактор КО отключится, двигатель
482
Д$ остановится, погаснет горевшая вполнакала зеленая лампа ЛЗ,
д красная лампа ЛК будет гореть тускло.
Процесс открывания задвижки, кроме того, контролируется ава-
рийным конечным выключателем ВКА. При неисправности открыва-
ющих и закрывающих устройств этот выключатель отключает всю
Схему управления двигателем задвижки, о чем сигнализирует пога-
сание обеих ламп. Замыкание контакта выключателя ВКА произво-
дится оператором прн ручном закрывании задвижки.
Рис. 18-7. Электрическая схема автоматического управления задвиж-
кой насосного агрегата.
Импульсы на закрывание задвижки подаются от поплавкового
реле уровня РУ и реле давления РД. Размыкание контактов этих
реле ведет к обесточиванию промежуточного реле РП1 и замыканию
его контакта в цепи катушки контактора КЗ, который срабатывает
и включает двигатель Д2 иа закрывание задвижки. При этом замы-
кается контакт выключателя ВК2, и процесс закрывания происходит
при ярко горящей зеленой ЛЗ и тускло горящей красной ЛК лам-
пах. Когда задвижка закроется, конечный выключатель ВК1 от-
ключит контактор КЗ и двигатель остановится. Красная лампа ЛК
погаснет, а зеленая ЛЗ будет гореть вполнакала.
Кроме автоматического управления двигателем задвижки схема
предусматривает дистанционное управление оператором при помо-
щи кнопок КнЗ и КнО, установленных в цепи катушек контакторов
483
КЗ и КО. Для исключения возможности дистанционного управления
задвижкой при ручном ее открывании или закрывании введена ме-
ханическая блокировка, которая осуществляется размыканием кон-
такта выключателя ВКР.
Рассмотренная схема может применяться для отдельного элект-
ропривода или же входить в состав более сложной схемы управле-
ния иасосиыми агрегатами. Например, в центробежных насосах,
требующих автоматической заливки корпуса при помощи вакуум-на-
соса,- командный импульс для запуска насосного агрегата дает реле
уровня, которое через промежуточное реле включает двигатель ва-
куум-насоса и подает питание иа двигатели или электромагниты, от-
крывающие заливочный вентиль и вентиль вакуум-насоса.
В последнее время появились системы замкнутого
регулирования (с обратными связями), в которых для
поддержания постоянства давления в напорном трубо-
проводе и регулирования производительности произво-
дится изменение угловой скорости двигателя насоса.
Для этого обмотку статора асинхронного двигателя под-
ключают к сети через дроссели насыщения или тиристор-
ный регулятор напряжения, управление которыми осу-
ществляется от датчика давления через регуляторы на
полупроводниковых элементах.
В тех насосных агрегатах, где управление двигате-
лями насосов и задвижек производится с диспетчерско-
го пункта, важно иметь в схемах надежную аппаратуру
управления с минимальным количеством подвижных
частей и контактов. Поэтому в схемах управления насо-
сами стали широко применяться бесконтактные логиче-
ские и полупроводниковые элементы в сочетании с г е р-
метизи рованными магнитоуправляемы-
ми контактами (герконами)—например типа
МКА-52202 с числом включений до 2,5- 10е, на основе
которых создаются реле, датчики, переключатели и дру-
гие устройства, заменяющие контактные негерметизиро-
ванные аппараты управления.
Глава девятнадцатая
ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ УСТАНОВОК ДЛЯ
НАНЕСЕНИЯ ПОКРЫТИЙ
19-1. ГАЛЬВАНИЧЕСКИЕ УСТАНОВКИ
Для нанесения металлических покрытий на другие
металлы широко используется электролитический спо-
соб — гальваностегия. Изделие (катод) соединяется с
484
отрицательным полюсом источника постоянного тока и
погружается в ванну с электролитом — кислотным или
щелочным раствором, который содержит ионы покры-
вающего металла. В ваину погружается электрод из по-
крывающего металла (анод), соединенный с положи-
тельным полюсом источника тока. В процессе электро-
лиза металл аиода переносится через электролит и осаж-
дйется иа изделии.
‘ Способом гальваностегии наносят антикоррозионное
Ч .декоративное покрытия металлических деталей элект-
ШЧеских машин, для изготовления пластмассовых и
риканитовых деталей коллекторов, контактных колец
ГТ. п.
.Количество осажденного металла пропорционально
юличестбу прошедшего через электролит электричества
4 учетом потерь из-за побочных химических реакций,
утечек тока и других причин.
J Время./, мин, выдержки изделий в гальванической
ваине для получения слоя покрытия толщиной h, мкм,
определяется по формуле
6От)тсбк
где с — электрохимический эквивалент покрывающего
Вещества, кг/К, т.е. Kr/(A-cJ; т]г— катодный выход ме-
талла по току (отношение фактического количества вы-
делившегося вещества к теоретическому); р — плотность
покрывающего вещества, кг/м3; бк — катодная плот-
ность тока, А/м2.
Наиболее распространены такие процессы нанесения
покрытий, Как цинкование, хромирование, никелирова-
ние, лужение, свинцевание, оксидирование. Температура
электролита должна лежать в пределах от +20 до
+80° С. Толщина наносимого слоя колеблется в широ-
ких пределах в зависимости от свойств покрытий, их
назначений и условий эксплуатации. Например, цинко-
вые покрытия для защиты черных металлов от коррозии
имеют толщину 10—50 мкм, защитно-декоративные по-
крытия нз хрома — до нескольких микрон. При-
меняются также многослойные Покрытия, например
медь-никель-хром. Для повышения коррозионной стойко-
сти изделия из алюминия и его сплавов используют
электролитическое утолщение оксидной пленкн до 10—
485
12 мкм. Процесс оксидирования характерен тем, что ано-
дом служит изделие.
Электролит может им^ть несколько вариантов (но-
меров ванн); отличающихся концентрацией компонентов.
Осаждение металла сопровождается его кристаллиза-
цией, и желательны покрытия с мелкими кристаллами
(зернами). Поэтому выбирают тот вариант электролита,
при котором получается мелкозернистое покрытие. KaJ
чество покрытия улучшается, если 2—6 раз в минуту
менять направление тока. Прн повышенной температуре
электролита (40—80° С) можно увеличить плотность
тока и повысить производительность процесса. Обычно
электролиты допускают плотность тока в пределах
102—103 А/м2; при подогреве и перемешивании электро-
лита допустимы большие плотности тока.
Гальванические ванны представляют собой прямо-
угольные резервуары не листовой стали. Для кислотных
электролитов ванны внутри футеруются материалом, не
вступающим во взаимодействие с электролитом, напри-
мер свинцом, винипластом, резиной. Ванны изготовляют
также из полистирола.
Перед нанесением покрытий производят тщательную
подготовку поверхности изделий: механическую обра-
ботку (очистку пескоструйным аппаратом, вращающи-
мися щетками из проволоки, шлифование и полирова-
ние специальными пастами) и химическую илн электро-
химическую обработку. Последняя состоит из
электролитического обезжиривания и травления в рас-
творах кислот или щелочей. Изделие погружается в
ваину с раствором и служит одним из электродов.
В процессе электролиза pacteopa выделяющиеся иа по-
верхности изделия пузырьки газа (водорода на изде-
лии — катоде или кислорода на изделии — ано-
де) отрывают от поверхности изделия капли жиров,
масел, грязи и т.п. При травлении (с большими, чем
при обезжиривании, плотностями тока) происходит как
отрыв пленок окислов пузырьками газа, так и восста-
новление окислов или их электролитическое растворе-’
ние. Последним этапом подготовки изделий, непосредст-
венно перед поступлением в гальваническую ванну для
нанесения покрытий, служит электрохимическое дека-
пирование, т.е. легкое анодное"травление в слабых рас-
'творах кислот.
Электрооборудование и схемы питания гальваннче*
486
ikkx ванн. Для питания ванн применяют постоянный
1<Ш до нескольких тысяч ампер при напряжении 6—12 В.
В качестве источников тока используют электромашии-
иЦе преобразователи серии АДН с генераторами на то-
ка бт 250 до 10000 А при напряжении 6—12 или 9 В
или полупроводниковые выпрямители на токи от 200 до
25000 А при напряжении 6—28 В.
Генераторы электромашинных преобразователей на
ЕК’до 1500 А изготовляются с самовозбуждением. Бо-
е мощные генераторы имеют отдельный возбудитель
“Г Напряжением ПО В. Изменение напряжения геиерато-
« с 6 на 12 В осуществляют, переключая обмотки яко-
Я с параллельного соединения, на последовательное.
Три этом допустимый ток генератора уменьшается
Полупроводниковые выпрямители в настоящее время
ли основным видом источников питания гальваниче-
ских установок. Выпрямители с неуправляемыми вен-
тилями серий ВАКГ, ВАЗ и другие и тиристорные вы-
прямители серии ВАК выпускаются на токи от 100 до
25000 А'И напряжения от 6 до 48 В. Изготовляются так-
ice выпрямители серии ВАКР с реверсированием тока
г Нагрузки.
£ На рис. 19-1 показаны упрощенные схемы источников
{/питания гальванических вани: электромашинного (рис.
I- 19-1,а), неуправляемого выпрямителя (рис. 19-1,6) и
Г тиристорного выпрямители (рис. 19-1,в). Выпрямители
Е-ic неуправляемыми вентилями построены по трехфазной
1 схеме' выпрямления с уравнительным реактором РУ и
г снабжены переключателем 77, при помощи которого
можно переключать отпайки первичной обмотки транс-
форматора Гр, изменяя выпрямленное напряжение.
В других исполнениях выпрямителей для регулирования
В напряжения применены дроссели насыщения Др. Тири-.
сторные выпрямители на то^си до 600 А построены по
р долууправляемой трехфазной мостовой схеме выпрям-
ления, а на большие токи — по трехфазной схеме с
уравнительным реактором.
К Оперативное включение и отключение источников пи-
Г тания производится контакторами /(Л. Напряжение ге-
риератора регулируется при помощи реостата /?per. В ти-
I ристорных выпрямителях с блоком импульсно-фазового
I управления БУ и промежуточным усилителем ПУ при-
I меняются обратные связи по напряжению (ОН) или по
487
St'
току (ОТ) [либо йо плотности тона (ОПТ)]. Наличие
переключателя обратных связей ПОС позволяет полу-
чать внешние характеристики U^f(I) или (J^fi(6K)
равного вида (рис. 19-2>, т.е. обеспечивать режимы ра-
боты с автоматической стабилизацией заданного пол-
зунком потенциометра Т?8 значения напряжения U, либо
Ъ~3вов S’-380 В З'-ЗвОВ
Рис. 19-1. Электрические схемы источников питания гальванических
ваии.
плотности тока 6к или тока/. Блок БТО предназначен для
ограничения максимального тока выпрямителя при ра-
боте с обратной связью по ОН.
От источников тока к гальваническим ваннам ток
передается по медным, алюминиевым, реже —латун-
ным или стальным шинам. Когда прокладка шин невоз-
можна, допускается применение кабелей.. Сечения шин
и проводов должны быть выбраны так, чтобы обеспечить
минимальные потери электроэнергии.
488 -
jjf Подвод тока к ваннам осуществляется через анодные
и катодные штанги, укрепляемые на бортах ванн. Часто
«помещают катодную штангу между двумя анодными.
ЙВ более широких ваннах укрепляют две катодные штан-
ги с одной анодной посередине и двумя анодными по
Ркраям. Во избежание утечки тока и нарушения режима
'^работы ванны должны быть хорошо изолированы от
Рис. 19-2. Внешние характе
ристики тиристорного вы-
прямителя.
3-380В
Рис 19-3. Схема индивидуального
питания гальванической ванны.
земли, для чего подставки ванн устанавливают на фар-
форовые или резиновые прокладки.
Для ванн, потребляющих большие токи, особенно
когда требуется регулировка тока, рекомендуются ин-
дивидуальные схемы питания (рис. 19-3) от источника
постоянного тока ИПТ — электромашииного генератора
или полупроводникового выпрямителя. При пуске элект-
ромашинного агрегата (см. рис. 19-1, а) сначала вклю-
чают двигатель Д и по достижении требуемого напря-
жения на генераторе выключателем В (рис. 19-3) под-
ключают ванну 1. Отключение производят в обратном
порядке. При включении выпрямителя следует вначале
подключить цепь ванны и только затем включить пере-
менный ток. При выключении выпрямителя сначала вы-
ключается переменный ток, после чего можно отключать
ванну.
• Во многих гальванических цехах питание нескольких
ванн осуществляется от общего источника ИПТ. На
рис. 19-4 приведена схема параллельного включения
гальванических ванн. В этом случае для регулирования
тока в цепь каждой ванны включается реостат /?рег,в-
Если для процесса покрытия требуется напряжение
31—612
489
большее, чем дает один источник, применяют последо-
нательное включение нескольких источников, а при не-
обходимости получить ток, превышающий ток одного
источника, применяют параллельное включение источ-
ников.
В некоторых случаях для ванн требуется разное на-
пряжение: для одних ванн 12 В, для других 6 В. Тогда
Рис. 19-4. Схема параллельного включения гальванических ванн по
двухпроводной системе. ’
питание ванн производится по трехпроводной схеме
(рис. 19-5), дающей значительную экономию цветного
металла на токопроводы.
Для механизации процессов покрытия и увеличения
производительности гальванических цехов применяют
полуавтоматические и автоматические установки. Они
представляют собой ваины, оснащенные механизмами
для непрерывного перемещения подвесных приспо-
соблений с изделиями от места загрузки до места вы-
грузки.
По конструкции автоматы для нанесения гальвани-
зм
веских покрытий могут быть прямолинейными, оваль-
ними (кольцевыми), П-образными. Прямолинейные
автоматы применяются в случаях, когда поток деталей
,йо ходу технологического процесса направлен в одну
сторону. Покрываемые изделия перемещаются вдоль
, ванны с помощью бесконечных пластинчатых конвейер-
:цых цепей. Продолжительность процесса устанавлива-
ется в зависимости от необходимой толщины покрытия
и регулируется изменением скорости движения цепей
Ряс. 19-5. Схема параллельного включения гальванических ванн по
трехпроводной системе.
(0,1—1 м/мин). У прямолинейных автоматов обслужи-
вание двустороннее: загрузка и выгрузка изделий осу-
ществляются с противоположных сторон ванны. В оваль-
ных, кольцевых и П-образных автоматах перемещение
£ изделий производится также при помощи пластинчатых
цепей, приводимых в движение посредством двух звез-
дочек. Обслуживание таких автоматов (загрузка и вы-
грузка) производится с одного рабочего места.
В полуавтоматических установках операции пред-
варительной подготовки изделий и заключительные опе-
рации выполняются в стационарных ваннах. В автома-
тических конвейерных установках все операции
нанесения покрытий механизированы, начиная от обез-
жиривания и кончая сушкой деталей.
31* 491
19-2. УСТАНОВКИ ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОЙ ОКРАСКИ
На установках электростатической окраски окраши-
ваются различные изделия, в том числе корпуса элект-
рических машин и аппаратов.
Сущность метода окраски распылением в электро-
статическом поле высокого напряжения до 140 кВ со-
Рис. 19-6. План электроокрасочиой камеры.
стоит в том, что между заземленным окрашиваемым
изделием и так называемым коронирующим электродом,
находящимся под отрицательным потенциалом, создает-
ся постоянное электрическое поле, в которое вводится
распыленный лакокрасочный материал. Попадая в это
поле, частицы (мелкие капли) материала приобретают
отрицательный заряд и движутся по линиям поля к ок-
рашиваемому изделию.
Окраску ведут в специальной камере, которая слу-
жит для ограждения электродной системы, находящей-
ся под высоким напряжением, а также предохраняет от
запыления окрашиваемые изделия. Камера выполняет-
ся металлической, проходного типа, частично остекля-
ется и хорошо освещается для наблюдения за процес-
сом. Вход в камеру имеет блокировки безопасности.
Размеры камеры определяются условиями производст-
ва. На рис. 19-6 представлен план электроокрасочиой
492
г камеры / с электростатическими распылителями 7 и
.«скрашиваемыми изделиями 6, которые движутся по за*
' аемлениому конвейеру 2. В зависимости от рода и фор-
Т мы окрашиваемых изделий конвейер может быть под-
весным, ленточным, напольным. При окраске некоторых
’ изделий их необходимо вращать, тогда конвейер снаб-
t кается устройством для вращения подвесок вокруг оси
Рис. 19-7. Схема электроокрасочиой камеры.
в зоне электрического поля. Скорость конвейера уста-
навливается в зависимости от условий производства и
пропускной способности сушильных камер. Обычно она
равна 0,75—1 м/мин, а в некоторых случаях увеличива-
ется до 3 м/мин и регулируется при помощи механичес-
. ких вариаторов.
В электроокрасочиой камере предусматривается вы-
тяжная вентиляция 3 для удаления паров растворителя
краски. Движение воздуха в камере ие должно нару-
шать движения заряженных частиц краски в зоне элект-
рического поля, поэтому отсос воздуха производится по
направлению движения распыленной краски. Скорость
движения воздуха. в камере обычно составляет 0,2—
* 0,5 м/с. В некоторых камерах устраивается еще и при-
точная вентиляция, которая через особые фильтры по-
дает» в камеру чистый воздух. В ряде конструкций ка-
мер предусматриваются гидрофильтры в системе
вытяжной вентиляции. Камера оснащается также уст-
ройством автоматического огнетушения.
493
На рис. 19-7 показана принципиальная схема стацио-
нарной установки электростатической окраски. Предва-
рительно обезжиренные, промытые и просушенные из-
делия 1 укрепляются иа конвейере 2 (в данном случав
подвесном) и проходят мимо распылителей 4. Отрица-
тельный -потенциал подводится к коронирующим элект-
родам распылителей от выпрямительного устройства вы-
сокого напряжения ВВУ, размещаемого обычно на кры-
ше 16 электроокрасочной камеры. Краска поступает к
распылителям из бачка 6 с мешалкой через дозирующее
устройство 8, снабженное шестеренчатым нли диафраг-
менным насосом. Управление всеми агрегатами установ-
ки осуществляют дистанционно с пульта 7, вынесенного
за пределы камеры. После окраски изделия поступают в
Сушильную камеру. Сушку ведут в специальных уста-
новках с электрическими нагревательными трубками ин-
фракрасного (темного) излучения или излучателями о
газовым подогревом.
В установках электроокраски применяют электро-
статические и пневматические краскораспылители и раз-
личные по форме коронирующие электроды. Электро-
статические распылители выполняются вращающимися
центробежными с пневмо- или электроприводом, а так-
же без подвижных элементов.
Электростатические центробежные распылители из-
готовляются в виде грибков, чаш, дисков. Наибольшее
распространение получили чашечные и грибковые рас-
пылители. Одна из конструкций чашечного распылителя
(типа ЧР-1) состоит из воздушной турбинки и сменных
головок-чаш, закрепляемых на ее валу. Распылители
помещаются на изолированной стойке 3 и могут битв
наклонены к изделию под любым углом. Подача краски
осуществляется через полый вал турбинки на внутрен-
нюю поверхность чаши. Распыление краски с вращаю-
щейся чаши происходит за счет ' центробежных сил и
высокого отрицательного напряжения, подаваемого на
корпус чаши, которая является одновременно коронк-
рукмцим электродом. Вращение чаши производится •
угловой скоростью 90—150 рад/с, причем скорость ре-
гулируется давлением воздуха, который поступает от
компрессора через воздухоочиститель 5. В Apytnx кон-
струкциях чашечных распылителей, например типа
ЭР-1М, вращение передается*чаше от электродвигателя
через механическую передачу.
«4
В грибковых распылителях с электроприводом крас*
м подается на поверхность грибка снаружи, поэтому
грыбок непосредственно надевается на вал двигателя.
Конструкция грибкового распылителя проще, чем ча-
‘щечного, и такие распылители получают все большее
распространение.
Распылители в виде грибков, чаш и дисков устанав-
лЛИваются в окрасочной камере различными способами.
Оии крепятся на неподвижных отдельных изолирован»
иых стойках, на общей наклонной штанге между двумя
^стойками, подвешиваются к потолку камеры, а также
'^Помещаются на качающихся штангах или вертикальных
опорах с возвратно-поступательным движением. Меха-
пизмы перемещения распылителей приводятся в движе-
тгйе от электродвигателей. Применение таких механиз-
мов позволяет сократить число распылителей в камере.
J К электростатическим распылителям без подвижных
' элементов относятся лотки, гребенки из трубок, щеле-
вые и другие устройства. Лакокрасочный материал в
t определенном количестве (от дозирующего устройства)
/ подается на распылитель, поступает к его коронирую-
щему краю и распыляется под действием электрического
поля.
Если окраска изделий производится пневматически-
ми распылителями (пистолетами), то в качестве коро-
?; пирующих электродов используют сетки или игольчатые
. электроды. Распылители устанавливаются на заземлен-
ных штативах.
Электродные сетки 5 (см. рис. 19-6) применяют в тех
случаях, когда распыление лакокрасочного материала
производится пистолетами 4 под небольшим углом к оси
: конвейера. Электродные сетки изготовляют из жестких
д металлических трубчатых или прутковых рам без ост-
‘ рых углов (диаметр прутков нли труб 15—25 мм). На
у рамках через каждые 200—250 мм натягиваются коро-
“ пирующие электроды из стальной или нихромовой про-
волоки диаметром 0,3—0,35 мм. Форма электродных се-
< • ток зависит в основном от конфигурации окрашиваемых -
изделий. Сетки могут быть вертикальными, горизонт^ль-
* ными, эллипсовидными. Длина сеток зависит от давле-
ния распыляющего воздуха; например, при давлении
воздуха 90—150 кПа длина сеток Составляет 1,5—2 м.
Если факел распыляемой краски необходимо напра-
вить к изделию под прямым углом, то целесообразно
495
применять игольчатые электроды —металличе-
ские трубки со вставленными в них остро заточенными
иглами, обращенными остриями. к изделию. Игольчатые
электроды образуют постоянные ионизирующие течки с
наибольшим скоплением электрических линий. Такие
электроды менее подвержены загрязнению краской, не
требуют частой чистки.
Для дистанционного управления пневматическими
или электростатическими распылителями с пневмопри-
водом выпускается электропневматический клапан с
датчиком положения (рабочее напряжение 220/380 В).
Для электростатической окраски можно применять
большинство обычных лакокрасочных материалов на ос-
нове масел, глифталевых и других смол, битумов, ас-
фальтов. Наиболее целесообразно применение электро-
статической окраски для наружных поверхностей из-
делий. Однако необходимо учитывать, что в результате
неравномерности электрического поля осаждение лако-
красочного материала будет хорошо происходить на
выпуклых поверхностях ‘и плохо — в местах углублений.
В связи с этим для окраски углублений требуется до-
полнительная ручная подкраска (например, между реб-
рами корпусов электрических машин).
При окрашивании крупногабаритных изделий и из-
делий, выпускаемых мелкими сериями, а также для
подкраски применяют ручные электростатические рас-
пылители. Схема установки для ручного электроокраши-
ваиия показана на рис. 19-8. Здесь на изделие краска
наносится при помощи электростатического распылите-
ля-пистолета 2, который посредством шлангов и кабе-
лей присоединен к дозатору лакокрасочного материала
4 и электростатическому генератору 5.
Основные преимущества электростатической окраски
заключаются в уменьшении расхода лакокрасочного ма-
териала примерно на 50% по сравнению с обычной ок-
раской распылением и высоком качестве окраски. Вместе
с тем следует иметь в виду, что экономическая и техни-
ческая эффективность метода электростатической окрас-
ки проявляется в полной мере только при комплексной
ме/анизации производства, начиная с подготовки изде-
лий перед окраской и кончая процессом сушки. Особен-
но эффективен этот метод в серийном и массовом про-
изводстве однородных изделий при использовании кон-
вейеров.
496
Д Электрооборудование установок электростатической
окраски. В качестве источников питания установок
мектростатической окраски применяют выпрямитель»
ине устройства высокого напряжения (например, на
!40 кВ и 5 мА) и электростатические генераторы.
Рис. 19-8. Схема установки для ручной элсктроокраскй.
у Рис. 19-9. Принципиальная схе-
£ ма электростатического генера-
тора.
одной из разновидностей
К’- Принципиальная схема
К электростатического генератора приведена иа рис. 19-9.
Генератор преобразует механическую энергию в элект-
рическую благодаря механическому перемещению заря-
‘ дов против сил электрического поля. В данном случае
генератор имеет транспортер из диэлектрика, Подвиж-
» ная часть генератора / — изоляционный транспортер
& зарядов, движущихся с некоторой скоростью (ротор).
Элементы неподвижного статора осуществляют заряд-
ку и разрядку поверхности транспортера. Зарядное и
разрядное устройства соответственно состоят из иони-
497
заторов 2a и За в индукторов 26 и 36. В зарядном уст-
ройстве индуктор заземлен, в разрядном — соединен с
нагрузкой 4,
Если приложить между индуктором (пластиной из
проводника) и ионизатором зарядного устройства на-
пряжение возбуждения Ua, превышающее некоторое
критическое значение, то на ионизаторе, представляю-
щем собой тонкую проволоку, тонкую пластинку нли
ряд игл, возникнет электрический заряд. Образующиеся
ионы осаждаются на поверхности транспортера и уно-
сятся им. В разрядном устройстве (т.е. на полюсе вы-
сокого напряжения) между индуктором, и ионизатором
прикладывается напряжение 17в противоположного зна-
ка. На ионизаторе также возникает заряд противопо-
ложного знака, благодаря чему с транспортера снима-
ется заряд, который и создает ток через нагрузку 4.
Чаще всего генераторы имеют цилиндрический ротор;
в частности, у установки ручной электроокраски на
-рис. 19-8 изображен такой генератор.
Основные элементы выпрямительного устройства
высокого напряжения ВВУ показаны на рис. 19-7. По-
вышающий трансформатор 15 установлен в бакелитовом
цилиндре, заполненном трансформаторным маслом. Ке-
нотрон 13 в кожухе располагается на трансформаторе
накала 14, также установленном в бакелитовом цилинд-
ре с маслом. Резистор 12 служит для ограничения тока
на стороне высокого напряжения трансформатора при
искровом разряде или к. з. В качестве ограничительного
резистора обычно используется комплект радиорезисто-
ров, последовательно соединенных между собой и за-
ключенных в бакелитовую трубку. Сопротивление рези-
стора— 0,6—1 МОм. Шинопровод высокого напряжения
11 выполняют в виде стальной никелированной или
хромированной трубки. Через проходной изолятор 9 по-
дается напряжение в электроокрасочную камеру. Авто-
матический разрядник 10 в герметическом исполнении
предназначен для автоматического снятия остаточного
заряда с электродных сеток, электростатических рас-
пылителей и шинопровода после отключения высокого
напряжения. Контактное устройство разрядника разме-
щено в .цилиндре полого фарфорового изолятора, за-
полненного маслом. Неподвижный контакт разрядника
при помощи гибкого проводника присоединен к зазем-
ленным частям электроокрасочиой камеры. Подвижный
черед систему рычагов из изолирующего мате-
риала связан с сердечником электромагнит* и электри-
соединен с шинопроводом 11. Если катушка элект-
агнита отключена, то подвижный контакт под дей-
м пружины замкнут с неподвижным и шинопровод
взывается заземленным. При подаче питания в ка-
ику электромагнита
его сердечник втягивается, под-
ЛгЛ
8ЛС
Грз
6 ~22ОВ 6
Рис. 19-10, Электрическая схема выпрямительного устройства В-140-5.
499
"UZf
Kwt
ТрВ
ИЛУ
.V)-
ВЮ БК2 ^КнП
3
где _
°——о--------
О»» в
° в
SJtC ®
“ ~влс
вижный контакт разрядника отходит от неподвижного,
поэтому с шинопровода заземление снимается.
Электрическая схема устройства типа В-140-5 пока-
зана на рис. 19-10. Коронирующий электрод КЭ пита-
ется однополупериодным напряжением от выпрямителя,
состоящего из кенотрона высокого напряжения ВК ти-
па КР-220 и повышающего трансформатора ТрВ. Пер-
вичная обмотка этого трансформатора подключена к се-
ти 220 В через автотрансформатор АТ, позволяющий
плавно регулировать выпрямленное напряжение в пре-
делах от 65 до 140 кВ. Трансформатор Тр2 нркала ке-
нотрона включен через настроечный" реостат /?н. Для
контроля напряжения на коронирующем электроде слу-
жит вольтметр V, проградуированный по выпрямленно-
му напряжению. Ток нагрузки выпрямителя высокого
напряжения измеряется микроамперметром р.А на
500 мкА, пределы измерения которого могут быть уве-
личены в 10 раз при помощи шунта /?шг с выключателем
ВШ. Для предохранения микроамперметра от высоко-
частотных токов служит конденсатор С2.
Включение высокого напряжения производится при
помощи главного контактора КГ после нажатия пуско-
вой кнопки КнП. Одновременно автоматический раз-
рядник РкА снимает заземление с отрицательного по-
люса цепи высокого напряжения. При перегрузках по
току срабатывает максимальное реле РМ и отключает
контактор КГ. Так же как и при отключении установки
кнопкой КнС, В этом случае- вместе с контактором КГ
теряет питание электромагнит разрядника РкА, который
заземляет коронирующий электрод КЭ.
В цепь высокого напряжения последовательно с ог-
раничительным резистором Ro включено также искро-
предупреждающее устройство И ПУ. Назначение И ПУ—
предотвратить искровой пробой между коронирующим
электродом КЭ и окрашиваемым изделием И, который
может произойти в случае раскачивания изделия на кон-
вейере К, обрыве электродных проволок, падения изде-
лия на коронирующий электрод и т. п. Искровой разряд
в некоторых случаях вызывает загорание краски на из-
делии, поэтому искропредупреждающее устройство дол-
жно быть сверхбыстродействующим. Указанное ИПУ
представляет собой тиратронное реле, в аварийных слу-
чаях снимающее высокое напряжение с коронирующего
электрода в течение одной миллионной доли секунды.
Б00
Мкл ИПУ оформлен конструктивно в виде самостоя-
Тгльного блока, заключенного в бакелитовый цилиндр,
in полненный маслом.
Секционированный тиратрон высокого напряжения
( Г блока ИПУ включен параллельно кенотрону ВК..
II ряжение иа коронирующий электрод поступает че-
реД пентод Л, в цепь катода которого включен резистор
смешения /?/. На экранную сетку пентода подается по-
ложительный потенциал от выпрямителя Вп через сгла-
живающий фильтр КЗ, СЗ. Питание выпрямителя Вп и
щцей накала тиратрона и пентода производится от
трансформатора Тр1, который в свою очередь подклю-
чен к сети 220 В через стабилизатор напряже-
ния СН.
Е Если произошло замыкание коронирующего электро-
да КЭ с изделием И, увеличиваются анодный ток пен-
тода Л и напряжение смещения на сопротивлении Kt.
Внутреннее сопротивление пентода резко возрастает,
Поэтому на управляющую сетку тиратрона СТ подается
отпирающий потенциал, тиратрон зажигается и шунти-
рует цепь высокого напряжения, снимая напряжение с
Коронирующего электрода. После этого реле РМ отклю-
чает контактор КГ.
Е Трансформатор ТрЗ служит для питания сигнальных
ламп пониженным напряжением. Лампа 8ЛС контро-
днрует наличие напряжения на схеме; лампа 7ЛС
«светофор»), установленная при входе в окрасочную
Ккамеру, загорается при включении высокого напряже-
дия. Остальные сигнальные лампы предназначены для
I контроля за работой вспомогательных устройств уста-
новки.
К Кроме защиты цепи высокого напряжения от пере-
грузки и искрового разряда, в схеме предусмотрена за-
Вщита от к.з. в трансформаторе ТрВ и на стороне низко-
'го напряжения плавкими предохранителями Пр. Кон-
Е денсаторы Ct защищают питающую сеть от радиопомех.
Микроамперметр и обмотка реле РМ защищены от пе-
ренапряжений искровым промежутком ИП.
Е Электроаппаратура управления и защиты выпрями-
К тельного устройства высокого напряжения размещена в
пульте управления, на крышке которого находятся при-
боры, выключатели, сигнальные лампы и кнопки КнП,
КнС. Иногда применяют также дополнительные подвес-
ные пульты управления.
Б01
Приводы механизмов электроокрасочных установок
выполняются от асинхронных двигателей во взрывоне-
проницаемом исполнении или закрытых во взрывоне-
проницаемых кожухах, Для привода центробежных вен-
тиляторов применяют двигатели типа МА-143 мощ-
ностью от 3.8 до 8 кВт, а также типа ТАГ-32 мощностью
23—3,5 кВт. Турбинки грибковых и чашечных распы-
лителей снабжаются двигателями серии АОЛ мощностью
от 50 до 180 Вт.
Для привода насоса дозирующего устройства приме-
няется обычно двигатель ТАГ-12/4 мощностью 0,42 кВт,
для привода краскомешалки— мощностью до 0,9 кВт.
Аналогичные двигатели используются н в приводах пере-
мещения (качания) распылителей. Управление двига-
телями механизмов осуществляется при помощи маг-
нитных пускателей и кнопочных станций.
Основные блокирующие устройства в схемах управ-
ления установки электростатической окраски обеспечи-
вают невозможность: 1) включения высокого напряже-
ния посторонними лицами или лицами, у которых нет
ключа от запирающейся пусковой кнопки; 2) пуска кон-
вейера без предупредительного звукового сигнала и по-
следующей выдержки времени в течение 5—15 с;
3) включения высокого напряжения в тех случаях, когда
не подано напряжение на нить накала кенотрона, ра-
зомкнуты защитные вспомогательные контакты (БК1 на
рис. 19-10) на ограждении окрасочной камеры и на ка-
бине с оборудованием высокого напряжения,Арегулятор
высокого напряжения не находится в исходном положе-
нии (разомкнут контакт БК2); 4) включения распыле-
ния при выключенной вентиляции, неподвижном кон-
вейере, выключенном высоком напряжении; 5) вклю-
чения высокого напряжения при выключенной вентиля-
ции.
Все элементы установки электростатической окрас-
ки, подлежащие заземлению (камера, стойки к пневма-
тическим распылителям, конвейер, вентиляционная си-
стема и др.), заземляются согласно правилам заземле-
ния установок высокого напряжения.
602
ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ ВО ВЗРЫВО- И
ПОЖАРООПАСНЫХ ПОМЕЩЕНИЯХ
КЛАССИФИКАЦИЯ ПОМЕЩЕНИЙ ПО ИХ ВЗРЫВО- И
№ ПОЖАРООПАСНОСТИ
Р Помещения и установки промышленных предприя-
тий, в которых по условиям технологического процес-
са испрльзуются или хранятся горючие вещества, в
соответствии с требованиями к их электрооборудова-
|нию классифицируются Правилами устройства элект-
роустановок ПУЭ (гл. VII-3 и VII-4) на взрывоопасные
Иицожа роопасные.
By К взрывоопасным помещениям и уста-
новка м относятся те, в которых технологический про-
|Шсс может сопровождаться образованием взрывоопас-
вых смесей: горючих газов или паров с воздухом, кисло-
родом или другими газами-окислителями; горючих пы-
лей-или волокон с воздухом при переходе их во взвешен-
Кое состояние.
г Пожароопасными считаются те помещения и
установки, в которых применяются или хранятся го-
рючие вещества, но опасность взрыва отсутствует,
t Если среда помещений, а также наружных устано-
вок, в которых применяется электрооборудование,
^Взрыво- или пожароопасна, то причинами взрыва либо
пожара могут стать: электрическая искра (дуга), воз-
‘Иикшая в электромашине, аппарате или приборе, в элек-
тропроводке или кабельной линии, в электроосветитель-
ной арматуре и т.п.
р Согласно ПУЭ все взрывоопасные помещения и
установки в отношении их опасности при применении
Электрооборудования подразделяются на следующие
«лассы:
Помещения класса В-I., К ним относятся по-
мещения, в которых могут образоваться взрывоопасные
смеси горючих газов или паров с воздухом или други-
ми окислителями при нормальных недлительных режи-
мах работы, например при загрузке или разгрузке
технологических аппаратов, хранении или переливании
легковоспламеняющихся и горючих жидкостей, нахо-
- дящихся в открытых сосудах и т. д.
503
Помещения класса В-Ia. К ним относятся по-
мещения, в которых взрывоопасные смеси горючих па-
ров или газов с воздухом или другими окислителями
могут образоваться только в случае аварий или неис-
правностей.
Помещения класса В-16. К ним относятся те
же помещения, что и класса В-Ia, но отличающиеся
одной из следующих особенностей: I) горючие газы
в этих помещениях обладают высоким иижним преде-
лом взрываемости (15% и более)* и резким запахом
при предельно допустимых по санитарным нормам кон-
центрациях'; 2) образование в аварийных случаях в по-
мещениях общей взрывоопасной концентрации по ус-
ловиям технологического процесса исключается, а
возможна лишь местная взрывоопасная концентрация;
3) горючие газы и легковоспламеняющиеся горючие
жидкости имеются в помещениях в небольших количе-
ствах, не создающих общей взрывоопасной- концентра-
ции, и работа с ними производится без применения от-
крытого пламени.
Установки класса В-1г. К ним относятся на-
ружные установки, содержащие взрывоопасные газы,
пары, горючие и легковоспламеняющиеся жидкости,
где взрывоопасные смеси возможны только в резуль-
тате аварии или неисправности.
, Помещения класса В-П. К ним относятся
помещения, в которых могут образоваться взрывоопас-
ные смеси горючих пылей или волокон с воздухом и
другими окислителями при нормальных недлительных
режимах работы.
Помещения класса В-Па. К ним относятся
помещения, в которых опасные состояния, указанные
в предыдущем классе, возможны только в результате
аварий или неисправностей.
Производственные помещения, которые хотя и не
содержат технологического оборудования и материа-
лов, представляющих опасность пожара или взрыва,
но граничат с помещениями взрывоопасными, также
относятся к взрывоопасным, но соответственно на один
класс ниже. Так, камеры вытяжных вентиляторов, об-
* Нижним пределом взрывоопасности называется наименьшая
концентрация газов, паров или пыли с воздухом, выраженная в про-
центах к объему воздуха, при которой посторонний источник зажига-
ния вызывает взрыв этой смеси.
604
служивающие взрывоопасные помещения, но изолиро-
Б ванные от них, относятся -к взрывоопасным помещени-
Врцм соответственно на один класс ниже обслуживаемых
К помещений, за исключением камер аварийной вентиля-
Е дни, для которых принимается класс обслуживаемого
помещения.
К s Таким образом, наиболее опасными являются по-
Е мешения классов В-I и В-П, наименее опасными —
№ класса B-.I6. Значительная часть взрывоопасных no-
к. мещений может быть отнесена к классу В-la, хотя не
№ все помещения одного и того же класса или отдельные
Е- зоны их могут считаться одинаковыми по степени
И взрывоопасности.'
Пожароопасные помещения и наружные установки
№ С точки зрения нх опасности при применении электро-
к., оборудования также подразделяются согласно ПУЭ на
несколько классов.
Помещения класса П-I. К ним относятся по-
К* мещення, в которых применяются или хранятся горю-
чие жидкости с температурой вспышки выше 45° С
Г (например, склады минеральных масел).
к Помещения класса П-П. К ним относятся
[. помещения, в которых образуются горючие пыли или
Е’ волокна, переходящие во взвешенное состояние. Воз-
никающая прн этом опасность ограничена пожаром (но
! не взрывом) либо в силу физических свойств пыли илн
f волокон, либо в силу того, что содержание их в возду-
К хе по условиям эксплуатации не достигает взрывоопас-
I ных концентраций.
Помещения класса П-Па. К иим относятся производ-
к. ствеиные и складские помещения, содержащие твердые
к или волокнистые горючие вещества (дерево, ткани
и т. п.), причем признаки, характерные для класса
I П-П, отсутствуют.
Установки класса П-1П. К ним относятся
Г? наружные установки, в которых применяются или хра-
нятся горючие жидкости с температурой вспышки па-
Г. ров выше 45° С (например, склады минеральных ма-
сел), а также твердые горючие вещества (например,
склады угля, торфа, дерева).
При проектировании промышленных предприятий
технологи совместно с электриками, проектирующими
электрооборудование к ним, относят помещения .к той
или иной категории.
32—612 505
Ж-Х ВИДЫ ИСПОЛНЕНИЯ ВЛЕКТВООВОВУДОВАНИЯ ПО СТЕПЕНИ
ЗАЩИТЫ ОТ ВОЗДЕЙСТВИЯ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ
Электрооборудование выпускается в различных
конструктивных исполнениях, предназначенных для ра-
боты при определенных внешних условиях. По усло-
виям защиты от воздействия окружающей среды
электрические машины, аппараты, приборы в соответст-
вии с ГОСТ 18311-72* (опубликован в 1977 г.). могут
иметь следующие основные исполнения: 1) открытое —
не предусматривается специальных защитных устройств
от случайного прикосновения к движущимся и токоведу-
щим частям оборудования и от попадания внутрь его
посторонних предметов; 2) защищенное — имеются
специальные приспособления для защиты от случайного
прикосновения к движущимся и токоведущим частям
оборудования, а также от попадания внутрь посторонних
предметов, капель влаги, падающих отвесно; 3) брыз-
гозащищенное— имеются приспособления для ог-
раничения попадания внутрь оборудования водяных
брызг любого направления; 4) закрытое — выполня-
ется так, что возможность -сообщения между внутренним
пространством оборудования и окружающей средой мо-
жет иметь место только через неплотности соединений
между частями электрооборудования; 5) пыленепро-
ницаемое — выполняется так, что ограничивается
попадание внутрь пыли в количествах, исключающих на-
рушение работы оборудования; 6) герметичное —
выполняется так, что исключается возможность сообще-
ния между внутренним пространством оборудования и
окружающей средой; 7) взрывозащищениое —
предусматриваются конструктивные меры в виде защит-
ных оболочек с целью устранения или затруднения воз-
можности воспламенения окружающей взрывоопасной
среды.
Взрывозащищениое электрооборудование предна-
значено для внутренней и наружной установки в местах,
где могут возникнуть смеси с воздухом горючих газов,
паров или пыли, способные взорваться при наличии ис-
точника поджигания.
Взрывозащищениое электрооборудование в зависимо-
-сти от области применения подразделяется на следую-
щие группы:
' группа I — рудничное взрывозащищениое электро-
606
оборудование, предназначенное для подземных работ в
шахтах и рудниках, опасных по газу или пыли;
группа II — взрывозащищениое электрооборудование
Для внутренней и наружной установки, кроме руднично-
го взрывозащищенного.
Электрооборудование группы II, имеющее взрывоне-
Вроницаемую оболочку или искробезопасную электриче-
скую цепь, подразделяется на подгруппы ПА, IIB и ПС.
Взрывозащищенное электрооборудование для внут-
ренней и наружной установки по ГОСТ 12.2.020-76* мо-
жет иметь следующие виды взрывозащиты:
к'Г 1. Взрывонепроиицаемая оболочка (знак ви-
Да взрывозащиты d) —защитная оболочка выдерживает
давление взрыва внутри нее и предотвращает распрост-
ранение взрыва из оболочки в окружающую среду.
2.Искробезопасная электрическаяцепь
? (знак вида взрывозащиты I) — искроопасные электриче-'
г ские цепи выполняются так, что электрическая искра
: (разряд) ие может воспламенить взрывоопасную среду.
• 3. Защита вида «е» (знак вида взрывозащиты е) — в
• электрооборудовании или его части, ие имеющих нор-
мально искрящихся частей, принимаются дополнитель-
г ные меры по предотвращению появления опасных нагре-
вов, электрических искр и дуг.
4. Заполнение или продувка оболочки
под избыточным давлением (знак вида взрыво-
£ защиты р) —токоведущие или находящиеся под напря-
жением части электрооборудования, встроенные в обо-
дочку, продуваются чистым воздухом или инертным. га-
зом под избыточным давлением.
5. Масляное заполнение оболочки (знак
I вида взрывозащиты о) —электрические части электро-
оборудования, встроенные в оболочку, находятся под за-
щитным слоем минерального масла или жидкого диэлек-
трика.
6. Кварцевое заполнение оболочки (знак
вида взрывозашиты q) — встроенные в оболочку токове-
дущие части электрооборудования находятся под защит-
ным слоем кварцевого песка.
Взрывозащищенное электрооборудование II группы
в зависимости от вида взрывозащиты имеет по ГОСТ
12,2.020-76 маркировку, которая содержит обозначения
в следующей последовательности:
* Вводится с 1 января 1981 г,
32'
wt
а) знак уровня взрывозащиты:
2— для электрооборудования повышенной надежности
против взрыва;
I — для взрывобезопасного электрооборудования;
О — для особовзрывобезопасного электрооборудования;
б) знак Ех, указывающий, что электрооборудование
соответствует настоящему стандарту;
в) знак вида взрывозащиты d, i, е, о, р, q (см. п. I—6);
г) знак группы или подгруппы электрооборудования:
II — для электрооборудования, не подразделяю-
' щегося на подгруппы, и ПА, ПВ и IIC — для
электрооборудования, подразделяющегося на под-
группы;
д) знак температурного класса электрооборудования
(в зависимости от значения предельной темпера-
туры различают следующие классы: Т1 — для тем-
пературы 450° С, Т2 — 300° С, ТЗ — 200° С, Т4 —
135°СиТ6 — 80° С).
Пример маркировки взрывозащиты взрывозащищен-
ного электрооборудования группы II:
2£xelIT6 — электрооборудование повышенной надеж-
ности против взрыва, защита вида «е», подгруппа II,
температурный класс Тб;
1£ж/ПАТЗ — взрывобезопасное электрооборудование
с взрывоиепроницаемой оболочкой, подгруппа ПА, тем-
пературный класс Тб.
Условные знаки вида взрывозащиты помещаются на
основных частях электрооборудования. Взрывозащищен-
ное электрооборудование изготовляется в соответствии
с Правилами изготовления взрывозащищенного элект-
рооборудования (ПИВЭ).
20-3. ВЫБОР ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ ВЗРЫВО- и
ПОЖАРООПАСНЫХ ПОМЕЩЕНИЙ
Для обеспечения надежной и безопасной работы
электрооборудования, применяемого во взрыво- и по-
жароопасных помещениях и установках, оио должно
строго соответствовать условиям окружающей среды.
Правила выбора исполнений электрооборудования в за-
висимости от класса взрыво- или пожароопасных по-
мещений или наружных установок, категории и группы
608
взрывоопасных смесей и т. д. подробно изложены в
ЙУЭ. Следует подчеркнуть, что во взрывоопасных по-
мещениях стремятся разместить только возможный ми-
нимум наиболее дорогого взрывозащищенного электро-
оборудования, а остальное электрооборудование — нор-
мального исполнения — выносится в помещения, безо-
пасные, изолированные от взрывоопасных.
‘ Электродвигатели взрывоопасных помещений. В этих
Помещениях применяются, как правило, взрывозащи-
щенные электродвигатели. В помещениях классов В-1
и В-П стационарно установленные двигатели должны
иметь исполнение d или р, в помещениях класса В-1а —
хлюбое взрывозащищенное исполнение для соответст-
вующих категорий и групп взрывоопасных смесей, при-
чем у двигателей исполнения «е» искрящие части (на-
пример, контактные кольца) должны быть заключены в
кожухи исполнений d, «е» или о. Передвижные электри-
ческие машины в помещениях классов В-I и В-П долж-
йы иметь исполнение р.
В помещениях класса B-Па следует применять за-
крытое обдуваемое или продуваемое исполнение. Иск-
рящие части должны буть заключены в кожух’и одного
из взрывозащищеиных исполнений.
Кроме помещений классов В-16 и В-Па во взрыво-
опасных помещениях других классов допускается при-
“ менять для привода механизмов электродвигатели в
нормальном исполнении, но при следующих1 условиях:
1) электродвигатели устанавливаются вне взрывоопас-
ных помещений, которые отделяются от взрывоопасного
глухой несгораемой стеной, имеют эвакуационный вы-
ход и должны быть обеспечены избыточным давлением;
г 2) привод механизмов может осуществляться при по-
мощи вала, пропущенного через стену, с устройством в
ней сальникового уплотнения.
Взрывонепроиицаембе исполнение электрических
машин и аппаратов- является одним из наиболее на-
дежных1 исполнений и распространено во всех взрыво-
опасных производствах. Такое электрооборудование из-
готовляется для взрывоопасных сред: 1А (1 — катего-
рия, А — группа) с маркировкой В1А; 2Б — с марки-
ровкой В2Б; ЗГ — с маркировкой ВЗГ. Для взрыво-
опасных сред, относящихся к 4-й категории, взрывоие-
проницаемые электродвигатели и аппаратура к ним в
СССР не изготовляются.
509
Во взрывоопасных производствах еще широко рас-
пространены ранее выпускавшиеся взрывонепроницае-
мые электродвигатели серий МА-140, МА-35, КО, КОФ
и другие' (рис. 20-1,а). В настоящее время выпускается
новая серия асинхронных* электродвигателей КОМ на
380/660 В в исполнении ВЗГ взамен серии КО. Разра-
ботана новая серия МА-36 взрывонепроницаемых элек-
Рие. 20-1. Электрооборудование взрывонепроницаемого исполнения.
О — двигатель типа КО: I — вводное устройство; 1 —кожух веатклятора; 3 —
патрубок для ввода бронированного кабеля; б — ключ управления типа
КУ-700.
тродвигателей (с короткозамкнутым или фазным рото-
ром) пяти габаритов мощностью от 40 до 400 кВт при
напряжении 380/660 В, которые будут выпускаться в
исполнениях В1Г, В2Г и ВЗГ.
Для удобства эксплуатации электродвигателей соз-
дан проект единой серии асинхронных электродвигате-
лей ВАО (взрывонепроницаемые асинхронные обду-
ваемые) в исполнениях В1Г, В2Г и ВЗГ мощностью от
0,27 до 400 кВт при напряжении 380/660 В. В серин '
имеются модификации: с повышенным скольжением,
многоскоростные и др. Освоены и выпускаются взры-
вонепроннцаемые асинхронные электродвигатели серин
АСВ в - исполнении ВЗГ с повышенным скольжением
мощностью от 0,18 до 7 кВт, предназначенные для
работы в повторно-кратковременном режиме.
Большое применение имеют асинхронные в синхрон-
ные двигатели, продуваемые под избыточным давлени-
ем и повышенной надежности против взрыва, марки-
руемые знаками р и i (например, серий АДТ, ДАМСО,
СДС и др).
ыо
Электроаппараты и приборы взрывоопасных номеще-
i. Непосредственно в самих взрывоопасных помеще-
1Х обычно устанавливается ограниченное количество
.ктрических' аппаратов и приборов взрывозащищен-
х исполнений. Основная часть аппаратуры размещает-
в отдельных безопасных помещениях.
$ В помещениях классов В-I и ВЛ стационарно уста-
новленные аппараты и приборы должны иметь испол-
нение d, р, i (только для класса В-1), «е» или о; в по-
мещениях класса В-1а — любое взрывозащищенное ис-
гяолнение для соответствующих категорий и групп взры-
воопасных смесей (для аппаратов и приборов с искря-
щими частями и подверженных нагреву выше 80° С)
*или пыленепроницаемое (при отсутствии искрящих ча-
’стей и нагреве не выше 80°С). В помещениях класса
-В-16 допускается закрытое исполнение, за исключени-
ем пусковых аппаратов к электродвигателям аварий-
ной вентиляции, для которых принимается любое взры-
возащищенное исполнение, соответствующее категории
. и группе взрывоопасных смесей.
Штепсельные соединения в помещениях класса В-1а
\допускаются также в пыленепроницаемом исполнении;
сборки зажимов рекомендуется выносить в иевзрыво-
опасиые помещения; предохранители и выключатели
осветительных цепей следует устанавливать вне взрыво-
опасных помещений. Непосредственно во взрывоопас-
‘ ном помещении вблизи электродвигателей или на щи-
< -тах управления технологическими агрегатами устанав-
ливаются взрывозащищенные кнопочные посты и ко-
I ловки управления.
Большое распространение имеют взрывозащищен-
ные маслоиаполиенные кнопочные посты управления
• серии КУ-700 (рис. 20-1,6) с двумя и тремя кнопочны-
ми элементами и подобные им по конструкции конеч-
ные выключатели типа ВК-700. Они предназначены для
переключения цепей переменного тока до 500 В, 5 А и
пригодны для стационарных установок во взрывоопас-
ных помещениях всех классов и сред. Применяются
. также кнопочные посты управления и сигнализации но-
вой серии ПВ и путевые выключатели ВПВ.
Для управления электродвигателями во взрывоопас-
ных помещениях при температуре окружающей среды
от —40 до 4-35° С широко используются колонки уп-
равления типа К-37, Такая колонка имеет взрывоне-
511
проницаемую оболочку с проходными зажимами и ввод-
ным устройством и кожух-подставку, на которой ук-
репляется оболочка. Ввод кабеля осуществляется в га-
зовой трубе, вводное устройство имеет резиновое уп-
лотняющее кольцо (рис. 20-2).
Во взрывоопасных помещениях применяются взры-
возащит енныв магнитные пускатели се-
Рис. 20-2. Общий вид размещения электрооборудования во взрыво-
опасном помещении.
1 — вэрывозащнщенный двигатель; 2 — кнопочный пост; 3—переходная муфта.
рии ПМ-701, предназначенные для управления аснй-
хронными двигателями до 500 В с короткозамкнутым
ротором. Эти пускатели пригодны только для стацио-
нарных установок с продолжительным режимом рабо-
ты и температурой окружающей среды от —30 до
4-35° С. Их можно использовать во взрывоопасных по-
мещениях класса В-Ia и во взрывоопасных наружных
установках класса В-1г. Все контакты пускателя, на ко-
торых в процессе работы возникает электрическая дуга
нли искра, погружены в трансформаторное масло. По-
скольку пускатели ПМ-701 рассчитаны на небольшой
ток к. з., то при отключении токов, превышающих но-
минальные значения, пускатели могут быть причиной
взрывау и их дополнительно надо защищать или плав-
кими предохранителями, или автоматическими выклю-
чателями. Взамен магнитных пускателей типа ПМ-701
в настоящее время выпускаются более износостойкие
пускатели типа ПМ-702 на 25 и 100 А. Разработан так-
512
ке ряд других серий взрывозащищеиных магнитных
ускателей (ПМВ, ПВ и др.).
Кроме контактной аппаратуры для взрывоопасных
Смещений начинает применяться и бесконтактная,
реимуществом которой является отсутствие искрящих
онтактов. Примером может служить бесконтактная
Мопочиая станция БКС-2 исполнения повышенной на-
дежности против взрыва, которая состоит из двух дрос-
елей с замыкающими (размыкающими) магнитопро-
>дами и промежуточного реле.
В качестве распределительных устройств для внут-
®них и наружных взрывоопасных установок, если они
йе могут быть вынесены в безопасное помещение, при-
меняются взрывозащищениые распределительные пунк-
ты типов РПВ-2 и РПВ-4. Размещенные в таких пунктах
влектроаппараты с нормально искрящими частями (ав-
томатические выключатели, контакторы, кнопки управ-
ления) имеют взрывонепроницаемое исполнение ВЗГ,
а элементы без нормально искрящих частей (например,
•сборные шины) — исполнение повышенной надежности
'против взрыва — «е>. Распределительные пункты рас-
считаны на номинальное напряжение до 500 В и мо-
гут применяться как в трехпроводных сетях1 с изолиро-
ванной нейтралью, так и в четырехпроводных сетях с
^изолированной или заземленной нейтралью.
Электроосветительное оборудование взрывоопасных
помещений. Во взрывоопасных производствах обычно
производится лишь наблюдение за технологическим
процессом по контрольно-измерительным приборам,
сигнальным устройствам и т. п. Поэтому, как правило,
применяется система общего освещения помещений и
наружных установок, иногда устраивается локализован-
ное освещение технологических щитов и панелей уп-
равления, а для периодического усиленного освещения
отдельных мест и узлов, для ремонта оборудования при-
меняется еще переносное освещение на пони-
женном напряжении — 36 и 12 В. В отдельных случаях
используются аккумуляторные фонари во взрывозащи-
щенном исполнении (переносное освещение).
Для взрывоопасных производств применяются све-
тильники общего применения и взрывозащищениые.
Взрывозащищеиные светильники изготовляются в двух
исполнениях: взрывонепроницаемом и повышенной на-
дежности против взрыва, например светильники типа
613
В4-А-60 с лампой накаливания до 60 Вт (рис. 20-3),
предназначенные для освещения низких взрывоопасных
помещений) светильники типа В4А-50 для местного ос*
вещения (лампы- 12 В, до 50 Вт); светильники типа
В 3 Г-200 для общего освещения и др.
Электроосветительные щитки во взрывонепроницае-
мом исполаепж (ВЗГ) тина ЩОВ-1 и ЩОВ-2 с уста-
Рис. 20-3. Взрывоиепроницаемый светильник типа В4А-60.
ковочными автоматическими выключателями предназ-
начены для коммутирования и защиты осветительных
цепей 380/220 В во взрывоопасных помещениях со* сре-
дами до ЗГ включительно.
Электрооборудование пожароопасных помещений и
установок. В этих помещениях рекомендуется удалять
представляющее опасность электрооборудование (ком-
мутационные аппараты, электродвигатели с искрящими
контактами и т.п.) от мест скопления горючих мате-
риалов. При выборе электрооборудования необходимо
также учитывать условия окружающей среды (хими-
ческую активность, атмосферные осадки и т. п.).
Электродвигатели в помещениях класса П-! должны
иметь брызгозащищенное, закрытое, закрытое обдувае-
мое или продуваемое исполнение; в помещениях класса
П-На — закрытое, закрытое обдуваемое или проду-
ваемое исполнение, в помещениях класса П-Ш — за-
крытое или закрытое обдуваемое исполнение. Передвиж-
ные электродвигатели или двигатели, находящиеся на
передвижных установках, для всех классов помещений
644
должны иметь закрытое или закрытое обдуваемое ис-
полнение.
Г -Электрические аппараты- и приборы, искрящие ио ус-
ловиям работы, выбирают по исполнению следующим
[образом: для помещений класса П-1 — маслонаполнен-
ные или пыленепроницаемые, класса П-П — пылене-.
проницаемые, класса П-Па — закрытые или маслона-
полненные, класса П-Ш — закрытые. Неискрящие ап-
параты и приборы для всех классов пожароопасных
установок должны иметь закрытое исполнение. Приме-
нение аппаратов и приборов в открытом или защищен-
ном исполнении допускается при условии их установки
в шкафах закрытого исполнения (для помещений
Класса П-Па — в шкафах защищенного испол-
’нения).
| Передвижные (переносные) аппараты и приборы для
всех пожароопасных помещений и наружных установок
должны быть в пыленепроницаемом (при наличии иск*
рнщих частей) или в закрытом (при отсутствии нор-
мально искрящих частей) исполнении.
I 20-4. ЭЛЕКТРОПРОВОДКИ ВО ВЗРЫВО» И ПОЖАРООПАСНЫХ
ПОМЕЩЕНИЯХ
Общепринятые на промышленных предприятиях це-
новые сети по четырехпроводиой системе 380/220 В
применяются и для питания силовых и осветительных
установок взрыво- и пожароопасных производств; здесь
рейТраль, как правило, заземляется наглухо. Нулевые
-провода во взрывоопасных помещениях должны иметь
изоляцию, равноценную с фазными проводами, и про-
кладываться вместе с ними в общей оболочке или
трубе.
Во взрывоопасных помещениях всех классов допуска-
ется применение открыто положенных бронированных
кабелей с резиновой или бумажной изоляцией, не име-
Ю|Цйх наружных покровов из горючих веществ. Для си-
ЛоЙых и осветительных цепей управления, защиты, авто-
матики и сигнализации провода и небронированные ка-
бели в помещениях классов В-I и B-II, а также
В-Ia (для силовых сетей и вторичных цепей) проклады-
ваются в стальных трубах. Во взрывоопасных помеще-
ниях всех классов допускается также прокладка брони-
рованных кабелей в каналах, а также туннелях и бло-
Ш
ках, изолированных от производственных помещений
несгораемыми перегородками.
Допускается открытая прокладка небронированных
кабелей в силовых и осветительных сетях до 380 В и во
Рис. 20-4. Взрывонепроиицаемая ответвительная коробка (фитинг)
типа ФТ.
а — для электропроводок в стальных трубах; 6 — для беструбной прокладка
кабелей.
вторичных цепях в помещениях классов В-16 и В-Па, а
также в осветительных сетях в помещениях класса В-1а
при условии отсутствия механических и химических воз-
действий. Вводы кабелей в электромашины и аппараты
выполняются при помощи взрывобезопасной вводной ар-
матуры, например, посредством взрывонепроннцаемых
кабельных муфт,
Б16
В связи с возрастающим выпуском и применением ка-
бейей с алюминиевыми жилами их применение допус-
кается во взрывоопасных помещениях и наружных ус-
тановках всех классов, за исключением В-I и В-Ia, при
уровни выполнения соединений и оконцевании пайкой,
I сваркой, опрессовкой или при наличии специальных
> вводных устройств и контактных зажимов для присое-
динеиия проводов и кабелей с алюминиевыми жилами.
Открытая прокладка внутри взрывоопасных помеще-
ний неизолированных проводников, в том числе тролле-
1ев для кранов, запрещается (за редкими исключениями
иля помещений класса В-Ia и В-16).
В помещениях классов В-I и В-П ответвительные
коробки должны быть взрывонепроницаемого исполне-
ния, а в помещениях остальных классов — в любом взры-
возащищенном исполнении. Взрывонепроницаемые от-
[ветвительные коробки (фитинги) выполняются как для
Электропроводки в стальных трубах, так и для беструб-
ной прокладки кабелей (рис. 20-4).
I В качестве заземляющих проводников для защитно-
го и для- рабочего заземления должны быть использова-
ны проводки, специально предназначенные для этой це-
ли, а также нулевые провода. Использование металли-
'ческих конструкций зданий, стальных труб электропро-
водки, металлических .оболочек кабелей допускается
только как дополнительное мероприятие. Заземляющие
влинии должны быть присоединены к заземлителям по
I меньшей мере в двух разных местах, желательно с про-
тивоположных концов помещений.
v В пожароопасных помещениях всех классов, как пра-
i вило, применяются защищенные виды электропроводки.
Допускается открытая пройладка изолированных прово-
’ дов на изоляторах (в пожароопасны^ помещениях всех
классов); провода в этом случае должны быть удалены
Г от мест скопления горючих материалов и не должны
подвергаться механическим воздействиям. Допускаются
все виды прокладки кабельных линий, при этом специ-
альных требований к ним не предъявляется. Допускает-
ся также применение проводов с алюминиевыми жила-
ми при. условии выполнения их соединений или оконце-
ваний при помощи сварки, пайки, опрессовки. Соедини-
тельные и ответвительные коробки в пожароопасных
помещениях должны иметь пыленепроницаемое исполне-
ние.
817
В местах, где защитные оболочки проводив и небро-
нированных кабелей могут подвергаться механическим
воздействиям, должны быть установлены защитные ог-
раждения.
Глава двадцать первая
| ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ
ПРОМЫШЛЕННЫХ УСТАНОВОК, СТАНКОВ И МАШИН
21-1. СОДЕРЖАНИЕ ПРОЕКТА ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ
Электрооборудование различных по конструкции и
назначению производственных механизмов (металлоре-
I жущих станков, кузнечно-прессовых машин, мостовых
кранов и др.) имеет много общего в отношении принци-
[• * нов* построения схем электрических соединений, разме-
I щения электрических машин и аппаратов, их монтажа и
1 т. д. Это дает возможность проводить проектирование
электрооборудования большинства станков и машин по
единой методике. Наиболее целесообразно вести нроек-
| тирование электрической части производственного меха-
низма одновременно с разработкой всей его конструк-
ции, так как производственные возможности и конструк-
тивные формы механизмов часто определяются степенью
I и формой их электрификации.
Проект электрооборудования производственного ме-
ханизма включает в себя следующие составные частш
1) техническое задание на проектирование электрообо-
рудования; 2) принципиальную схему управления с опи-
санием; 3) размещение электрооборудования на произ-
। водственном механизме и вне его; 4) схемы соединений
I узлов и элементов (пульта, шкафа и т. п.); 5) схему
подключения (внешнего монтажа); 6) перечень элемен-
тов схемы; 7) все необходимые расчеты электрической
I части (расчет мощности двигателей, определение пара-
1 метров схемы и т. д.).
Техническое задание на проектирование электрообо-
рудования составляется после установления конструк-
I тивных форм и технологических показателей разраба-
тываемого механизма с учетом ‘степени его электрифи-
кации. Электрическое управление механизмами должно
быть удобным, надежным, простым и дешевым. Эти ос-
S18
I
мойные положения определяют все этапы проектирова-
ния электрооборудований, включая составление принци-
пиальной электрической схемы, выбор электроаппарату-
ры и ее размещение.
В техническом задании указывается количество и
'назначение электродвигателей данного механизма, их
мощность и частота вращения, наличие реверса и тор-
можения, диапазон и плавность регулирования скорости
(если оно осуществляется электрическим путем), нагру-
[аочные графики и т. п. Далее приводятся основные тре-
бования к схеме управления электродвигателями, дает-
|ся перечень всех режимов работы механизма, указыва-
ются формы управления (ручное, автоматическое,
программное и т. д.) и все необходимые блокировки.
В заключение приводятся указания по устройству мест-
ного освещения, заземления, размещению пультов уп-
равления и пр.
21-2. РАЗРАБОТКА ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ
[ СХЕМЫ
Принципиальная схема — это схема электрических
:-соединений, выполненная в развернутом виде. Она явля-
ется основной схемой проекта электрооборудования про-
изводственного механизма и дает общее представление
об электрооборудовании данного механизма, отражает
работу системы автоматического управления механиз-
мом, служит источником для составления схем соедине-
ний и подключений, разработки конструктивных узлов
и оформления перечня элементов. По принципиальной
схеме осуществляется проверка правильности "электри-
ческих соединений при монтаже и наладке электрообо-
рудования. От качества разработки принципиальной схе-
мы зависит четкость работы производственного механиз-
ма, его производительность и надежность в эксплуатации.
Составление принципиальной электросхемы произ-
водственного механизма проводится на основании тре-
бований технического задания. В процессе составления
принципиальной схемы уточняются также типы, испол-
яения и технические данные электродвигателей, электро-
магнитов, конечных выключателей, контакторов, реле и
т. п. Напомним, что на принципиальной схеме все эле-
менты каждого электрического устройства, аппарата
или прибора показываются отдельно и размещаются для
удобства чтения схемы в различных местах ее в зависи-
519
мости от выполняемых функций. Все элементы одного и
того же устройства, машины, аппарата и т. п. снабжают-
ся одинаковым буквенно-цифровым обозначением, на-
пример: КЛ1 — контактор линейный первый, РВ — реле
времени и т. п. На схеме показываются все электриче-
ские связи между входящими в иее элементами элект-
рооборудования производственного механизма. На
принципиальных схемах силовые цепи обычно размеща-
ют слева и изображают их толстыми линиями, а цепи
управления помещают справа и чертят тонкими лини-
ями.
Принципиальная схема проектируется с использо-
ванием существующих типовых узлов и схем автомати-
ческого управления электропроводами (например, схем
магнитных контроллеров и защитных панелей — для
кранов, схем узлов перехода от наладочного режима к
автоматическому при помощи раздельных кнопок управ-
ления или переключателя режимов — для металлорежу-
щих станков и т. д.).
Релейно-контактные схемы необходимо составлять с
учетом минимальной загрузки контактов реле, контакто-
ров, путевых выключателей и т. д., применяя для сниже-
ния коммутируемой ими мощности усилительные уст-
ройства: электромагнитные, полупроводниковые усили-
тели и др. Для повышения надежности работы схемы
нужно выбрать наиболее простой вариант, имеющий на-
именьшее^ количество органов управления, аппаратов и
контактов. Для этой цели следует, например, применять
общие аппараты защиты для электродвигателей, не ра-
ботающих одновременно, а также бсуществлять управ-
ление вспомогательными приводами от аппаратов глав-
ного привода, если онн работают одновременно.
Цепи управления в сложных схемах следует присо-
единять к сети через трансформатор, понижающий на-
пряжение до 110 В. Это исключает электрическую связь
силовых цепей с цепями управления и устраняет воз-
можность ложных срабатываний релейно-контактны*
аппаратов при замыканиях на землю в цепях их кату-
шек. Относительно простые схемы электрического уп-
равления допускается присоединять непосредственно к
питающей сети. Подача напряжения на силовые цепи
и цепи управления должна производиться посредством „
вводного пакетного выключателя или автоматического
выключателя,
620
Ери применении на. металлорежущих стенках или
ос машинах только двигателей постоянного тока в
е управления следует использовать также аппара-
постоянного тока.
азличиые контакты одного и того же электромаг-
ого аппарата (контактора, реле, командоконтролле-
[утевого выключателя н др.) рекомендуется по воз-
зости подключать к одному полюсу или фазе сети,
позволяет осуществить более надежную работу ап-
тов (отсутствует вероятность пробоя и замыкания
оверхностн изоляции между контактами). Из этого
Ила следует, что один вывод катушки всех элекг-
паратов по возможности нужно подключать к одно*
олюсу цепи управления-
' Для обеспечения надежной работы электрооборудо-
вания должны быть предусмотрены средства электриче-
? ской защиты и блокировки. Электрические машины я
1 аппараты защищаются от возможных к. з. и недопусти-
*• мых перегрузок. В схемах управления электропривода-
i ми станков, молотов, прессов, мостовых кранов обяза-
тельна нулевая защита для устранения возможности са-
мозапуска электродвигателей при снятии и последующей
подаче напряжения питания. Электрическая схема
I должна быть построена так, чтобы при перегорании пре-
дохранителей, обрыве цепей катушек, приваривании
контактов не возникало аварийных режимов работы
электропривода. Кроме того, схемы управления должны
иметь блокировочные связи для предотвращения ава-
рийных режимов при ошибочных действиях оператора,
а также для обеспечения заданной последовательности
операций. В сложных схемах управления необходимо
предусмотреть сигнализацию и электроизмерительные
приборы, позволяющие оператору (станочнику, краиов-
щику) наблюдать за режимам работы электроприво-
да®. Сигнальные лампы обычно включаются иа пони-
женное напряжение: 6, 12, 24 или 48 В.
' Для удобства эксплуатации и правильного монтажа
электрооборудования зажимы всех элементов электро-
аппаратов, электрических машин (главные контакты,
вспомогательные контакты, катушки, обмотки и др.) и
провода на схемах маркируются. Согласно ГОСТ 2.709-72
силовые иепи переменного тока маркируются буква-
ми, обозначающими фазы, и последовательными числа-
ми. Так, принято линейные провода трехфазной сети
ВЗ—612 521
обозначать буквами А, В, С ъ нулевой провод — буквой
Ж После первого аппарата (например, вводного выклю-
чателя) эти провода обозначаются буквами с цифрами
(А1, ВГ, €ТУ, после второго аппарата — буквами с циф-
рами А2, В2, С2 и т. д. Выводы обмотки статора трех-
фазного асинхронного двигателя и присоединяемые к
ним провода обозначают индексами с цифрами, кото-
рые соответствуют номерам присоединяемых к нцм про-
водов.*
{Три обозначении зажимов машин постоянного тока
применяют следующие обозначения: ЯГ, Я2—для яко-
ря, ШГ, Ш2—для параллельной обмотки возбуждения
и т. д.
Участки (зажимы элементов схемы и соединяющие
нх провода) цепей п’остоянного тока положительной по-
лярности маркируются нечетными числами, а отрица-
.тельиой полярности — четными числами. Цепи управле-
ния переменного тока маркируются аналогично, т. е. все
зажимы я проводи, присоединяемые к одной фазе, мар-
кируются нечетными числами,, а к другой фазе—четны-
ми. Общие точки соединений нескольких элементов на
схеме имеют один и тот же номер. После прохождения
цепи через катушку, контакт, сигнальную лампу, резис-
тор и т. п. номер изменяется *. Для выделения отдельных
видов цепей индексация производится так, чтобы цепи
управления имели номера от 1 до 99, цепи сигнализа-
ции—От ГОТ до 191 ит.'д.
Для иллюстрации основных правил маркировки эле-
ментов аппаратов на рис. 2t-l представлена принципи-
альная электрическая схема универсального токарно-
винторезного станка I6K20, широко применяемого на
промышленных предприятиях. На станке установлены
три асинхронных короткозамкнутых двигателя: двига-
тель Д1 на 7,5 кВт для привода шпинделя и рабочей
подачи суппорта; двигатель Д2 на 0,65 кВт для быстрых
перемещений суппорта и двигатель насоса охлаждения
ДЗ на 0,12 кВт. ,
Напряжение на схему подается вводный автомати-
ческим- выключателем ВАВ, который имеет электромаг-
нитный расцепитель для защиты двигателя Д1 от токов
д,з. к расцепитель минимального напряжения. Для за-
1 Допускается отклонение от этих правил, когда зажимы эле-
ментов маркируются очередник порядковым, номером по мере нх
отсчета при построчном чтении (обходе), схемы.
№
Рис. 21-1- Принципиальная эЛеНТри-
ческая Схема токарн&го стайка Жзде*
ли 16К20.
н.; . !
щиты двигателей Д2 и ДЗ применен автоматический
выключать ВА1, Автоматические выключатели ВА2 и
| ВАЗ, рассчитанные иа малые токи, предохраняют соот-
I ветственно непи электрического местного освещения
। (светильник СМО) и управления, (контактные аппа-
раты). Для защиты двигателей от перегрева применены
тепловые реле РТГ, РТБ я РТО.
Привод главного движения может быть пущен в ход,
когда закрыт кожух сменных шестерен коробки скоро-
стей. При этом будет замкнут контакт конечного выклю-
чателя ВКБО. После нажатия на кнопку КнП включа-
I ется и становится на самопитание контактор КГ. Двига-
тель Д1 начинает вращаться. Одновременно включается
двигатель насоса охлаждения ДЗ, если он не отключен
выключателем ПУ2. ♦
Шпиндель станка включают и отключают рукояткой
12 управления фрикционом (см. рис. 21-3). При ее пово-
роте в среднее положение шпиндель отключается, одно-
временно нажимается конечный выключатель ВКОХ,
замыкающий контакт которого включает моторное реле
времени РВ. Если пауза в работе станка превышает 3—
1 8 мин, то контакт реле РВ размыкается н контактор КГ
теряет питание. Главный двигатель отключается от сети
и останавливается, что ограничивает его работу вхоло-
стую с низким коэффициентом мощности н уменьшает
потери энергии. Если пауза мала, то реле РВ не успева-
ет сработать и отключение двигателя Д1 не произой-
1 дет.
Включение двигателя быстрых перемещений суппор-
та станка производится поворотом рукоятки на фартуке
Стайка, которая воздействует на переключатель ВКБП,
контакт которого замыкается, включая контактор КБ
| двигателя Д2.
। Схемой управления предусмотрены блокировки, обе-
спечивающие безопасное обслуживание электрооборудо-
вания станка. При открывании дверцы электрошкафа
нажимается переключатель ВКБЩ, и его размыкающим -
контактом разрывается цепь питания катушки незавн»
' снмого расцепителя автоматического выключателя ВАВ,
который отключается и снимает напряжение со схемы
станка. Если наладчику необходимо опробовать дейст-
вие установленной в шкафу аппаратуры, то, повернув
(рукоятку переключателя ПУ1 в положение Н (налад-
ка), можно включить катушку автоматического выклю-
624
чателя ВАВ при закрытом замыкающем контакте 5—8
лереключателя ВКБШ.
В случае понижения напряжения сети до ненормаль-
но низких значений автоматический выключатель ВАВ
отключается. При открывании дверцы электрошкафа
нажимается также конечный выключатель ВКИ и вклю-
чается индикатор напряжения, представляющий собой
отдельный унифицированный узел, тиратрон с холодным
катодом Л которого используется в качестве мигающей
сигнальной лампы, указывающей наличие напряжения в
схеме управления станком.
21-3. РАЗМЕЩЕНИЕ ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ НА СТАНКАХ
л И МАШИНАХ
Основное электрооборудование размещается на про-
изводственных установках по-разному в зависимости от
вида и размеров промышленных механизмов. В тран-
спортных устройствах (мостовые краны, тельферы
и т.п.), на небольших и средних металлорежущих стан-
ках, прессах, молотах и других машинах электрообору-
дование устанавливается на самом механизме.
В большинстве промышленных установок (тяжелые
металлорежущие станки, мощные прессы, насосы, ком-
прессоры и др.) электрооборудование (ЭО) размещает-
ся на самом механизме и вне его. На механизме уста-
навливается ЭО, связанное конструктивно с рабочими
органами машин. Вне механизма размещается ЭО, име-
ющее большие размеры и массу (силовые трансформа-
торы, преобразовательные агрегаты и др.), а также шка-
фы с аппаратурой управления.
В металлорежущих станках, молотах и прессах
электродвигатели обычно устанавливаются непосредст-
венно на корпусах станков и машин или встраиваются
внутрь. При этом необходимо, чтобы был обеспечен дос-
туп охлаждающего воздуха к двигателю, но исключа-
лось проникновение в двигатель масла или охлаждаю-
щей жидкости. Если используется система Г—Д, то
асинхронный двигатель, генератор и возбудитель уста-
навливаются обычио''вне механизма соосно на общей
плите в один ряд, образуя электромашинный агрегат.
. При наличии в схеме управления электроприводом
тахогенератора, его вал соединяется с валом двигателя,
жестко с помощью шпоночной муфты или применяется
626
•ластичное соединение с помощью резинотканевой муф-
ты. Двигатели новых серий (ПБСТ, ПГТ, ПБВ, 2П) име»
ют встроенные тахогенераторы.
Обычно электроаппаратуру управления (релейно-
контактную или бесконтактную) размещают в электро-
Шкафах (рис. 21-2), которые устанавливают вблизи
станков и машин, а при небольших размерах электро-
шкафов— непосредственно на механизмах. Далеко от
Рве. 21-2. Виды конструктивного исполнения электрошкафов.
* — внешнее; б — пристроенное; в — встроенное; г — утопленное.
производственных машин ставить шкафы нецелесооб-
разно, так как при этом повышается стоимость монтажа,
увеличивается падение напряжения и потери в длинных
проводах.
. Небольшой шкаф может быть пристроен к стенке
корпуса (бабки) станка или же выполнен в виде панели
2, установленной на стенке 1 и закрытой дверцей 3 (рис.
21-2,6). При возможности устройства в стенке корпуса
ниши или окна целесообразно применять шкаф
встроенного или утопленного исполнения.
При встроенном исполнении (рис. 21-2, в) панель 2 с
аппаратурой монтируется на внутренней вертикальной
стенке J ниши и закрывается дверцей 3. При утопленном
исполнении ’(рис. 21-2,г) панель 2 укрепляется с
внутренней стороны дверцы 3, закрывающей окно в' стен-
ке корпуса 1:
Для сложного или громоздкого электрооборудова-
ния, а также в случаях, когда из-за вибрадий станка или
машины нельзя применять шкафу пристроенного, утоп-
ленного или встроенного исполнейий, используется
внешний электрошкаф (рис. 21-2, а). При этом жела-
Ю8
цельно использовать всю высоту шкафа, которая не
должна превышать 2 м. Каркас внешнего шкафа изго-
товляется обычно из уголков и обшивается тонколисто-
вой сталью.
По способу монтажа и доступа к аппаратуре внешние
электрошкафы выполняются односторонними и двусто-
з ч sb 7 в д юн
г 1 13 12
Рис. 21-3. Расположение электрооборудования иа станке 16К20.
г — место установки двигателя главного привода; 2 — рукоятка управление
фрикционной муфтой шпинделя; 3 — электрошкаф; « — вводный выключатель;
В —сигнальная лампа; 6 — выключатель электронасоса охлаждающей жидко-
сти; 7 — амперметр в цепа двигателя шпинделя: в — светильник местного осве-
щения; 9 — выключатель светильника; 10 — кнопка включения двигатели
быстрых ходов суппорта; 11 — рукоятка управления механическими переме-
щениями суппорта; 12—рукоятка управления фрикционной муфтой, смани-
ная с рукояткой 2; 13 — кнопочная станции привода шпинделя.
роннимя. В односторонних шкафах применяется перед-
нее присоединение проводов к аппаратам, доступ к ко-
торым возможен через открытые дверцы шкафа. В дву-
сторонних шкафах аппаратура размещается на двух
сторонах вертикальной панели с передним или задним
присоединением проводов. Если оборудование не уме-
тается в одном шкафу, то используют два или три шка-
фа. Шкафы всех исполнений снабжаются замком со,
съемным ключом.
На рис. 21-3 показано размещение электрооборудо-
вания и органов электрического управления токарно-
Я7
винторезного станка 16К20. Электроаппаратура управ-
Кения станком помещена в электрошкафу 3, пристроен-
Г ном к станку позади шпиндельной бабки.
Различные по назначению электрические аппараты и
устройства (контакторы, реле, трансформаторы, источ-
ники питания и пр.) монтируются на панелях или в бло-
ках. Панели чаще всего изготовляются из листовой ста-
ли толщиной 2—3 мм и с лицевой стороны покрывают-
г, ся тонкими листами гетинакса, текстолита или
винипласта. Иногда используют в качестве панелей ас-,
боиементные илн текстолитовые плиты толщиной
10—15 мм.
Размеры панели определяются габаритами аппара-
тов, размещенных на ней, и площадью, необходимой
для прокладки электрических! соединений между от-
дельными аппаратами, но не должны быть более 1200Х
Х750 мм.
В панели просверливаются отверстия, нарезается
резьба в соответствии с эскизом размещения электро-
аппаратуры; устанавливаемая аппаратура крепится
винтами или болтами. При креплении тяжелых кон-
такторов используются резиновые прокладки, аморти-
зирующие удар при срабатывании аппарата. Трубчатые
резисторы (типа ПЭВ) устанавливаются на шпильках,
которые крепятся к панелям и изолируются шайбами от
корпуса. Некоторые аппараты монтируются непосред-
ственно на стенках и в отсеках шкафа. Так, на боковой
стейке шкафа может быть установлен Вводной автома-
тический выключатель, сюда же выводится рукоятка
вводного выключателя.
Малогабаритная аппаратура (телефонные реле, реле
типа-МКУ и др.) и полупроводниковые приборы (дио-
ды, триоды, резисторы и др.) группируются в отдель-
ные блоки и комплекты. Блок представляет собой изо-
ляционную или металлическую панель (шасси), на ко-
торой укрепляются аппараты (детали) и зажимные или
штепсельные устройства. Панель прикрывается сверху
кожухами из металла, пластмассы или, оргстекла.
Командные органы станка или машины (кнопки уп-
равления, регуляторы скорости, универсальные пере-
ключатели и др.) устанавливаются на стационарных и
подвижных пультах управления (кнопочных стан-
циях) — рис. 21-4. По назначению различают главные,
рабочие, вспомогательные и наладочные пульты yn-
Б28
*>авления. На основном рабочем месте устанавливается
данный пульт управления всеми приводами и механиз-
мами станка или- машины {рис. 21-4,а). Здесь сосре-
юточен весь комплекс органов управления и контроля
№ ходом обработки изделий. В местах, удобных для
управления, но удаленных от главного пульта, обору-
(уются рабочие пульты. Эти пульты часто выполняются
j₽hc. 21-4. Конструктивные разновидности пультов управления.
Л —внешний стационарный; б —вйешвий переносный (подвесной): е— при-
строенный на консоли.
^подвесными, или переносными (рис. 21-4,6), и опера-
тор может сам выбирать их положение во время рабо-
(ты. Вспомогательные пульты предназначаются для уп-
равления установочными перемещениями подвижных
частей станка или машины, удаленных от рабочих мест.
На этих1 пультах часто устанавливают органы управ-
ления вспомогательными приводами. Наладочные пуль-
ты содержат только органы наладочного управления и
располагаются в отдалении от рабочих мест.
Путевые выключатели и переключатели, предназна-
ченные для контроля перемещения подвижных частей
станка (машины), автоматизации технологических цик-
лов по пути перемещения и т. п., устанавливаются под
корпусами отдельных механизмов, по краям неподвиж-
ной станины и т. п. При ик размещении руководству-
ются удобством монтажа и обслуживания, а также ис-
ключением попадания на переключатель машинного
масла, стружек и т. п,
52»
. Рашвжепне мекхрееборудовакм ма мостом» дра-
мах носи? более специфический характер. Кроме того,
крановое электрооборудование стандартизовано, и
весьма различные по конструкции краны комплекту-
ются типовыми панелями . управления, контроллерами,
резисторами я т. п. Электрооборудование на кране ус-
танавливается отдельными узлами в соответствии с
назначением основных механизмов крана. На мосту'
крана устанавливаются двигатели перемещения моста,
преобразовательный агрегат для питания подъемных
электромагнитов, контакторные панели управления
всеми двигателями крана, ящики резисторов, соедини-
тельные и переходные коробки. Также на мосту рас-
полагаются троллеи для питания электрооборудования,
установленного на тележке: двигателей подъема груза
и перемещения тележки и тормозных электромагнитов.
Электрооборудование на мосту размещается в один ряд
вдоль моста с учетом удобства монтажа и доступности
для ремонта. В кабине крана размещаются контролле-
ры и командоконтроллеры для управления приводами
крана, защитная панель, кнопки управления, сирена и
другая специальная аппаратура.
Для установки электродвигателей, тормозных уст-
ройств и конечных выключателей в механических кон-
струкциях мостов и тележек предусматриваются спе-
циальные площадки с отверстиями для крепления. Кон-
такторные панели, как правило, не закрываются глу-
хими шкафами, а лишь защищаются сетками от воз-
можных прикосновений.
В процессе разработки размещения аппаратов на
панелях учитывают назначение аппаратов, а также ус-
ловия их1 монтажа и эксплуатации. *
1. Прежде всего размещают аппараты, расположен-
ние которых в шкафу предопределено их назначением
и использованием; например, вводной выключатель или
автоматический выключатель устанавливается так,
чтобы его рукоятка находилась в удобном месте на
уровне • 1,6—1,7 м от пола; главные предохранители
располагают ниже вводного выключателя или рядом с
йим; тяжелые контакторы и пускатели располагают на
нижней части панели.
2. В местах, наиболее удобных для обслуживания,
располагают блоки и комплекты аппаратов главных уз-
лов управления; усилительные и регулирующие устрой-
ства, измерительные приборы и др.
Е- 3. Предохранители для отдельных силовых цепей
►ставят выше, а тепловые реле — йнже .соответствующих
.контакторов. а
г? Обычно панели делятся на вертикальные и горизон-
тальные зовы. Внутри каждой вертикальной зоны груп-
пируются аппараты н блоки управления, относящиеся к
[отдельному приводу станка. По горизонталям верти-
кальных зон располагают однотипные аппараты, имею-
Ьне примерно одинаковую высоту. При этом следует
стремиться к сокращению межаппаратных связей, обес-
печивая удобство и безопасность обслуживания,
При размещении аппаратов на панелях с передним
'монтажом следует предусматривать места для проклад-
ки пучков межаппаратных и межпанельных проводов,
горизонтальные дорожки и вертикальные промежутки
|*ежду аппаратами, места для наборов зажимов и
^Штепсельных разъемов, с помощью которых произво-
дится межпанельный монтаж. После того как произве-
дет размещение аппаратуры на панели шкафа или в
гнише, составляется эскиз размещения аппаратуры —
[мертеж, на котором показываются только контуры ап-
паратов, оси крепежных отверстий, установочные раз-
меры для аппаратов (от баз). Соединительные провода
на таких чертежах не показываются.
21-4. ВЫПОЛНЕНИЕ СХЕМ СОЕДИНЕНИЯ
Электрические аппараты могут иметь присоедини-
тельные зажимы на лицевой стороне аппарата или же
сзади него, поэтому монтаж проводов на панели управ-
ления может выполняться передним или задним. При
переднем монтаже все соединительные провода про-
кладывают rfS" лицевой стороне панели управления, ко-
торая выполняется из стального листа. На этой же сто-
роне панели располагают и наборы зажимов. При зад-
нем мо'нтаже электропроводки аппараты располагают
на лицевой стороне панели управления из асбоцемента
или текстолита, а провода и наборы зажимов (клемм-
ники) — на задней стороне.
Как при переднем, так и и pH заднем монтаже прово-
да могут укладываться рядами или жгутами. В первом
631
случае все соединительные провода размещают на па-
нели в одни или несколько рядов,'применяя специаль-
ные стяжки, и в отдельных местах крепят скобами к па-
нели. Во втором случае провода собирают в жгуты,
связывают между собой нитками или стягивают ско-
бочками. Под скобы или стяжки подкладывают про-
кладки из электрокартона или листового полихлорви-
нила.
В электромашиностроении наиболее широко приме-
няется передний монтаж проводов, что объясняется сле-
дующими факторами: 1) электрические аппараты, при-
меняемые для управления и защиты двигателей средний
мощностей, выпускаются для переднего присоединения
проводов; 2) при одностороннем монтаже аппаратов и
проводов панели управления удобнее располагать в ни-
шах станков н машин, проще осуществлять внешние
присоединения. Однако следует отметить, что задний
монтаж требует меньшей площади для размещения ап-
паратов и проводов, так как используются обе стороны
панели. '
В настоящее время получила распространение пе-
рекрестная система выполнения схем* соединений
(Х-монтаж). Электрические аппараты с передним при-
соединением устанавливаются с большой плотностью на
лицевой стороне панели или на металлических рейках
(полосах) горизонтальными и вертикальными рядами.
Наборы зажимов располагают иа лицевой или обрат-
ной стороне панели. Расстояние между аппаратами вы-
бирают: по вертикали 40—50 мм, по горизонтали — не
менее значений, приведенных в технических данных на
эти аппараты.
Для прохода проводов на обратную сторону паиели
между полосами устанавливают резиновые рейки с от-
верстиями. В панелях сплошного исполнения соответ-
ственно размещению аппаратов просверливают отвер-
стия, в которые вставляют .и закрепляют изоляционные
Втулки. Провода прокладывают от зажимов аппаратов
через отверстия и далее по обратной стороне панели по
кратчайшему расстоянию к нужному зажиму, вновь
выходят на лицевую сторону панели, изгибают под пря-
мым углом и присоединяют к нужному зажиму. При та-
ком монтаже сокращается длина соединительных про-
водов, упрощается первичный монтаж, но усложняются
наладочные и ремонтные работы.
632
L
н.,3
К' Более подробные сведения по вопросам размещения
[ и монтажа электрооборудования станков и машин при*
водятся в [16, 26].
К,- После размещения всего электрооборудования стан-
№ (машины), составления эскиза7 размещении аппа-
кфатуры и выбора способа соединения проводов присту-
В пают к проектированию схемы проводки между зажи-
1ййами приборов и аппаратов, т. е. к разработке схрмы
| соединений.
К На схемах соединений аппараты и другие приборы
В изображаются не разделенными на отдельные элемен-
к ТЫ. Эти схемы отражают действительное расположение
Котдельных аппаратов и узлов электрооборудования в
г шкафах, нишах, на панелях управления и т. д. и способ
Г> осуществления электрических соединений между ними.
I Составление схем соединений производится по прин-
В’пипиальной электрической схеме и эскизу размещения
г электрооборудования. При этом применяют те же ус-
Г ловиые обозначения аппаратуры и маркировку, что и
I на принципиальной схеме.
При составлении сХем соединений нужно помнить сле-
г дующее:
1. Присоединение проводов производится только к
Г зажимам аппаратов, электрических машин, приборов
г или к наборам внешних зажимов (клеммников), кото-
| рые выпускаются промышленностью на номинальные
к токи 10, 25, 60 и 200 А и напряжение до 500 В.
2. К одному зажиму рекомендуется присоединять не
I более двух проводов; при наличии большего числа про-
' водов необходимо применять сдвоенные зажимы.
3. В пределах одной панели все разветвления про-
водов между аппаратами рекомендуется делать на за-
жимах аппаратов и не применять промежуточные за-
жимы.
4. Совершенно не допускается соединение прово-
дов помимо зажимов, например путем скрутки или
пайки. ч
На схемах соединений провода, идущие от наборов
зажимов или от аппаратов в одном направлении, можно
изображать двумя способами: либо объединять в пучки
и показывать эти пучки на схеме одной толстой линией,
либо каждый провод показывать отдельно. В настоящее
время преимущественное распространение нашел пер-
вый способ.
533
Рис. £1-5, Схема соединений электрошкафа токарного станка 16К201
Иногда на схемах соединений в целях упрощения и±
начертания вместо полного изображения линий провод-
ки между аппаратами делаются небольшой длины
линии-проводники, на которых указывается встреч-
ными стрелками только направление проводки. Около
каждой стрелки ставится «адрес»—условное обозна-
чение аппарата или зажима, к которому идет второй жо-
иец нровода, и номер провода (1номер указан на прин-
ципиальной схеме). Место укладки таких проводов
выбирается на месте монтажа самим' монтажником. Ес»
"дм провод (перемычка) идет к аппарату, установлен-
ному иа другой панели, то у стрелки указывается обо-
значение этого аппарата и номер панели (в скобках),
которой направляется этот провод. Так же отмечается
проводка от панелей к тем аппаратам, которые встроены
-В шкафу отдельно: резисторам, сигнальным лампам,
: измерительным приборам и др.
Разъемные электрические соединения (зажимы ап-
паратов и наборов зажимов) изображаются на схемах
неэалитыми кружками. Неразъемные .электрические
'соединения проводов, провода с каким-либо устройст-
вом, аппаратом и т. п., получаемые путем пайки или
холодного опрессования, обозначаются зачерненными
кружками.
На рис. 21-5 показан пример схемы соединений элек-
трошкафа токарного станка модели 16К20, выполнен-
ной по адресной системе. На схеме изображены контуры
и условные обозначения всех аппаратов, наборы за-
жимов КН 1 и КН2, проставлены номера зажимов в со-
ответствии с номерами подсоединяемых к ним провод-
ников согласно принципиальной схеме на рис. 21-1.
21-5. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПРОВОДКИ ПРОМЫШЛЕННЫХ
МЕХАНИЗМОВ
Соединение всех элементов электрооборудования
станка или машины в общую схему и питание электри-
ческой энергией токоприемников производится с по-
мощью электропроводки, выполняемой в соответствии
с общей схемой электрооборудования. Эти схемы со-
ставляют не основании принципиальной схемы и эскиза
расположения электрооборудования на станке. При со-
ставлении общей схемы применяют те же обозначения,
что и на принципиальной схеме. Аппаратуру, располо-
женную *в шкафу, обычно обводят общей рамкой. Пуч-
ки проводов, идущих в одном направлении, изображают
на общей схеме одной жирной линией. На рис. 21-6
приведена в качестве примера общая с кем а электрообо-,
рудования станка J6K2O.
Электропроводки станков и машин выполняют про-
водами и кабелями преимущественно в полихлорвини- *
ловой изоляции (например, марок ПВ, ПГВ и др.). Со-
гласно общим техническим условиям для проводок стан-
ков и машин могут применяться медные провода ее*
чением не менее I ммг, и лишь в цепях усилительных
устройств разрешается применять непосредственно на
станках^ и машинах провода сечением 0,75 мм2, а на
панелях и в блоках — 0,5 н 0,35 мм2.
I ~3;itO-S8O8
\^K^HHtf3to-roee)
[ )Ь*6НН»(Ш>В)
I
кил
.T
кт
ВКбЪ
РЗ-Ц-х-8
ЗкЧнмв
РЗ-Ц-X-tS
вкох
"то ’ is
РЗ-Ц-Х-М
Б230 HxOfS С230.20*0,8
txtHM* \ IfXfNHi '
КнП
OHO
’* *X,5"H*(380-SO0B')
Ч»Чнм»(32ОВ)
ЧкТнн*
Рис. 21-в. Общая схема электрооборудования станка 16K2Q.
Проводка в кабинах и на металлических конструк-
циях мостовых кранов выполняется обычно проводом
ПРТО-бОО- На кранак не допускается сечение проводов
I меньше 2,5 мм9 и с изоляцией на напряжение ниже
500 В. ~
Электропроводка должна обеспечить надежность ра-
боты электрооборудования, быть удобной в эксплуата-
ции, простой и технологичной при монтаже, гармонично
сливаться с производственным механизмом. По конст-
руктивным признакам и особенностям монтажа разли-
БМ .
ают три вида проводки: машинную, на панелях
ГВ блоках, внешнюю.
> Монтаж машинной электропроводки с целью эащи-
ы проводников от механических повреждений и вред-
гых воздействий машинного масла, пыли и охлаждаю*
ней жидкости производится в стальных тонкостенных
рубах. Чтобы очертания трассы проводки не ухудшали
внешнего вида станка или машины, трубы предвари-
тельно изгибают в соответствии с конфигурацией ста-
ннин, корпусов и т.п. Внутренний диаметр труб, число
^изгибов и их радиусы должны обеспечивать свободное
протягивание и замену проводов. Если необходимо иметь
много изгибов, то проводку осуществляют в металлорука-
i вах или в толстостенных- винилитовых трубках. Прово-
1 да в трубах и рукавах должны быть целыми. Соеднне-
- цие проводов путем пайки или скрутки не допускается.
• Соединение труб производится при помощи специаль-
ной герметичной арматуры: тройников, угольни-
ков, разветвительных коробок и др.
На каждые 7—10 проводов цепей управления, про-
кладываемых в трубе или металлорукаве, добавляют
один резервный провод. На общей схеме электрообору-
дования выходящие из трубы провода в~ случае их раз-
i ветвления снабжают выносками с указанием их нуме-
рации согласно принципиальной схеме и указывают чис-
' ло проводов, их сечение, расцветку и др. (рис. 21-6).
Все концы проводов, соединяющих зажимы отдель-
ных аппаратов и машин, при монтаже электрооборудо-
вания должны быть промаркированы в соответствии с
нумерацией, имеющейся на схемах соединений, прин-
ципиальной и общей. Маркировка проводов производит-
ся с помощью бирок из пластмассы, фибры или жести,
' на которых ставят индекс провода. Бирки на проводах
закрепляются суровыми нитками. В некоторых случаях
применение бирок оказывается неудобным. Тогда на кон-
цы проводов надевают кусочки хлорвиниловых трубок
светлого _ цвета, которые должны плотно прилегать к
изоляции провода. На трубках специальными чернила-
ми наносят условные обозначения проводников.
Для удобства монтажа и облегчения нахождения
неисправностей электрооборудования, возникающих во
время эксплуатации, при выполнении машинной элек-
тропроводки широко применяются разветвительные ко-
робки, в которых располагаются наборы зажимов.
' 84-612
637
К зажимам присоединяются с одной стороны провода,
идущие от электрических машни к аппаратов» с кру-
той—уходящие к панелям управления, расположенным
в шкафах ж нишах.
Проводка к узлам электрооборудования, размещен-
ном иа падйижных частях механизма, выполняется
гибкими проводами с иолихлорви ниловой изоляцией,
которые прокладываются в металлорукаве, резинотка-
невом рукаве или в эластичной пластиковой трубке.
Подвод к электрооборудованию^ размещенному иа вра-
щающихся частях станков, производится е помощью
Колычевых токоподводов. Для крановых электроустано-
вок машиностроительных заводов, как правило, приме-
няют троллейный токоподвод.
Элентрояроводка на панелях шкафов и ниш выпол-
няется в основном жестким проводом (марок ПВ, ПР,
ПМВ) с медной жилой, сечение которой выбирают но
току нагрузки, но не менее 1Д) мм2 для обеспечения до-
статочной механической прочности. Внешняя проводка
выполняется в стальных трубах, прокладываемых по
полу или фундаменту станка или машины в специаль-
ных каналах, закрываемых сверху съемными стальны-
ми щитами.
На автоматических станочных линиях, электрообо-
рудование которых содержит большое количество раз-
личных машин, аяпарвтон и органов контроля, приме-
няется верхняя разводка проводов в спецнальвых сек*
циоиированных коробах над станками. Короба крепятся
на стойках иля на станинах ставков с помощью крон-
штейнов. Провода к станкам от короба прокладывают-
ея в стальных трубах или металлорухавах.
К электрошкафу управления электроэнергию обычно
подводят от цеховых шинных сборок — стальных полос,
заключенных в общий кожух из листовой стали, укре-
пленный на стенах, на колоннах цеха или на специаль-
ных стойках. В некоторых случаях схему станка ил»
маиины присоединяют и кабельной сети веха, открытой
проводке ио стенам иля проводам, уложенным в кана-
лах в полу.
21-й ЗАЗЕМЛЕНИЕ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ
ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ
Согласно ПУЭ для обеспечения безопасности людей
все металлическое части электрооборудования станков
83В
ыацщн, но которым нормально ток ж проходит, лол»
яы быть заземлены. Защитное заземление произво-
1тся при напряжении сети свыше 127 В so отношеш-ю
земле. Заземляются корпуса электродвигателей, путе-
1ых выключателей и кнопочных станций, каркасы элек-
рошкафа, сердечники и кожухи электромагнитов и т. п.,
। также вторичные обмотки трансформаторов цеией
управления и трансформа-
лоров местного освещения
Э6 В. Если имеется хорошее
электрическое соединение
корпуса аппарата с метал-
лической станиной произ-
водственного механизма,
которая стальной полосой
присоединена к общему кон-
дуру заземления цеха, то до-
полнительного заземления
аппарата делать не требу-
ется. Электрооборудование,
ме имеющее надежного кон-
такта со станиной Или рас-
положенное «а подвижных
частях станка или машины,
дополнительно заземляется
с помощью специальных
шин или гибким проводом,
Рис. 21-7. Схемы заземления
электрооборудования.
который помещают в том
же шланге, где расположе-
ны токоведущие провода.
Не разрешается считать
соединением заземления оболочку гибкого, металлору»
кава.
Для удобства присоединения проводников заземле-
ния на станине станка или машины предусматривается
место для заземляющего болта- диаметром 6—8 мм. Се-
чение заземляющего провода должно быть не менее
25 мм2. На чертежах проекта электрооборудования
станка или машины в местах, где требуется установить
заземление, делается соответствующее указание.
На рис. 21-7, а приведена схема заземления силового
электрооборудования стационарного производственного
механизма. Провода к токоведущим частям проложены
в стальных трубах 4. Корпуса электродвигателя /. ма-
гяитного пускателя.2 я шкафа управления 3 присоеди-
няют к трубам проводки заземляющими перемычками 5 '*
и затем заземляют в одной точке. При проводке в рези*
нотканевых рукавах или винилитовых трубках заземля-
ются все корпуса электрооборудования.
При монтаже электрооборудования мостовых Кранов
заземляются: корпуса электродвигателей; кожухи всех
аппаратов; стальные трубы, в которых проложены про-
вода; сетки, ограждающие панели; каркасы пусковых и
регулировочных резисторов; кожухи контроллеров и т.п.
На рис. 21-7,6 показана часть схемы заземления обо-
рудования крана. Корпуса отдельных электроаппаратов
и машин, например: защитной панели 1, командокон-
троллеров 2, контакторных панелей 3, ящиков резисто-
ров 4, электродвигателя 5 — при помощи заземляющих
проводников 6 присоединяются к магистрали заземле-
ния 7, которая соединяется с металлоконструкциями
крана в.
Заземление металлоконструкций мостовых кранов
выполняется через подкрановые пути и обеспечивается
контактом между рельсами и ходовыми колесами. Сты-
ки рельсов, должны быть надежно соединены перемыч-
ками, сваркой или приварены к подкрановым балкам,
образуя при этом непрерывную электрическую цепь.
Присоединение заземляющего провода к рельсовым
путям крана должно выполняться при помощи сварки,
а присоединение к корпусам электродвигателей, аппа-
ратов лри помощи болтовых соединений, обеспечива-
ющих надежный контакт.
При управлении краном (электроталью) с пола це-
ха корпуса кнопочных аппаратов управления, выпол-
ненные не из изоляционного материала, должны быть
заземлены двумя проводниками: жилой гибкого кабеля
и тросиком, прикрепленным с наружной стороны гибко-
го кабеля. _ -
Заземление лифтов призводится следующим обра-
зом:
а) Электрические машины и аппараты, установлен-
ные иа звуко- и вибрационных опорах, заземляются
гибким проводом.
б) Для заземления металлических частей кабины
используется одна из жил гибкого кагбеля или одни из
проводов гибкого токоподвода.
в) Можно использовать в качестве дополнительного
640 '
заземляющего проводника экранирующую оболочку ка-
беля и несущие тросы кабины.
< г) Металлические-наир являющие кабины и противо-
веса, а также' металлические конструкции ограждения
шахты должны быть заземлены,
11-7. ОПИСАНИЕ И ПЕРЕЧЕНЬ ЭЛЕМЕНТОВ
ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ
Описание электрооборудования производственного
механизма обычно делится на три части: общие сведе-
ния об электрооборудовании, описание действия элект-
рической схемы управления и перечисление всех блоки-
ровок н защиты.
В первой части указывается полный перечень, на-
значение и технические данные электрических машин,
электромагнитов, электронагревательных устройств и
других силовых элементов, возможные режимы работы
электрооборудования и применяемые напряжения для
питания элементов электрооборудования. Приводится
общая характеристика аппаратуры управления, защи-
ты и сигнализации, объединенной по назначению и мес-
там размещения.
Описание действия электрической схемы производит-
ся в последовательности, соответствующей порядку ра-
боты элементов электрооборудования для рабочих ре-
жимов, а также для наладочных режимов. При перечис-
лении блокировок и защиты указывается их назначение
и приводится изложение действия всех блокировок и
защиты электрооборудования, а также вопросов элект-
робеэопаскости.
К каждой отдельной принципиальной схеме прила-
гается (нли выполняется на том же чертеже в соответ-
ствии с ГОСТ 2.702-75) перечень элементов электрообо-
рудования, в который заносят краткие технические дан-
ные н позиционное обозначение всех элементов и
устройств,-используемых в схеме. Кроме того, на схеме
обычно приводятся диаграммы работы переключателей
управления всех видов и назначений-, циклограммы сра-
батывания и схематическое расположение путевых (ко-
нечных) выключателей и койаидоаппаратов.
541
$ Технчеткие 50 Гц, закръ * «Юные а так с аве 5 'нкронш Дн»м Иду гх дат BOMf ЦД— «—л* « - ПРИЛОЖЕНИЕ - °g”<№ gPWMffЯЯ1 с короткмамкпупл ротором, 380 В,
Тип двигателя i I % 1 к g с * _2_ _ Л» 'ном Лп Лцом ^glin ^Чрм ✓ ждмх Лном * a г 8 Я 1
4А80В4 4A90L4 4A100S4 4A100L4 4АН2М4 4A132S4 \ 4А132М4 4A160S4 - 4А160М4 4A180S4 4Я180М4 4A90L6 4A100L6 4А112МД6 4A112SM6 1,5 2.2 3,0 4,0 6,5 7,5 И,0 15,0 18,5 22.Q ЗД.О .1*5 2,2 3,0 4,6 14|5 1425 1435 1430 1445 .’455 1460 1465 1465 1470 1470 935 950 955 9₽0 3,57 5,02 6,7 8,6 11,5 11,1 22,0 2э;з 35,7 41,3 56,0 4,1 5,65 7,4 9.13 77,0 §0,0 62,0 84,0 85,5 87,5 87,5 88,5 89,5 90,0 91,0 75,0 81, d 81,0 82,0 0,83 0.83 0,83 0,84 0,85 0,86 0,87 0,88 0,88 0,90 0,'вй 0,74 0,73 0,76 0,81 5,0 6,0 М 6,0 Г,о 7,5 7,5 7,0 7,0 6,5 6,5 4,8 5,0 6,0 М 2,0 2,1 2,0 2,0 2,0 2,2 2,2 1,4 1,4 1,4 1,4 2,0 2,0 2,0 2,0 1.6 1.6 1,6 1,6 ' 1.6 1.-7 1J 1,0 1,0 1.0 1,0 1»? 1,6 1.8 1,6 2,2 2,4 24 2,4 2,8 3,0 3,0 2,3 2,3 2,3 -2,3 2,2 2,2 2,5 2,5 0,003 0,0656 0,0088 P.0J12 0.0J75 0,0275 0,<МО 0,103 0,128 0,193 0.240 J.W4 >.0iaj 1,0178 1,08 20,4 ’29,7 36,0 48,0 58,0 77,0 93,0 135 160 175 195 ' 28,7 42,0 56.0 ЭДЛ
Тип -даигателМ t 1 > кВ* > HTW f пВ9№ об/мин ^ном* А ”ПОм- % § S © CJ 'ti JBOM « **яом Л,С11П ^ном ^«at ’л Й Имея, кг 1 * -1
4A132S6 5,5 Эёб 12,2 85,0 0,80 6,5 2.0 1,8 2,5 0,040 77,0
4А132М6 ?,5 870 16,6 85,5 0:81 6,5 2.0 1.8 2,5 . 0,068 98^>.
4A160S6 11,0 975 22,6 86,0 0,86 6,0 1.2 1,0 2,0 0,138 135
4А160М6 15,0 975 30,0 87,5 0,87 6.0 1,2 1,0 2,0 0,183 160
4А1Й0М6 18.5 975 36,6 88,0 0,87 5,0 1.2 1,0 2,0 0,220 495
4А2Й0М6 22.0 975 41,3 90,0 0,90 6,5 1.Й 1,0 2Л 0,40 270
4A2C0L6 30,0 980 56,0 90,5 0,90 6,5 1,3 1,0 2,4 2,2 0,45 310
4А112МВ8 2,0 700 7,8 79,0 0,74 5,0 1,9 1,5 0,0Й 56^0
4A132S8 4,0 720 10*3 83,0 0,70 5,5 1.9 1,7 2,6 0,043 77.0
4А132М8 5,5 720 13,6 83.0 0,74 5,5 6,0 1.9 1,7 2,6 0.05Й 93,0
4A160S8 7,5 730 17,7 86,0 0,75 1.4 М 2.2 0,088 135
4А160М8 11,0 730 < 25,0 87,0 0,75 6,0 1,4 1,о 2,2 0,18 160
4А180М8 15,0 730 32,6 87,0 0,82 6,0 1,2 1,0 • 2.0 0,25 195
4А200М8 1в,5 735 37,8 88,5 0,84 5,5 1.2 1,1 2,2 0.40 J.45 270
4A200L8 22,0 730 45,0 88.5 0,84 ’ 5,5 1,2 1,1 2,0 310
4А225М8 ’ Пр им е ч 30,0 а ния: 1. 735 Все двягате 62,4 ля имеют 00,0 хему соедя 0,81 нейяя* Фаз 6.0 статора УЛП 1,3 . 381'520 В. 1,2 2,1 0,74 355
2. Цифры в обозначении типа двигателя указывают высоту оси вращения, буквы S. М Пай L — Шифр установВЧйвго размера по Длияе статора. 3. Таблица составлена по дайны* каталога 01,01 63-77 «ИйфОрМэлектоо».
л 4. Двигателя серии 4А выпускаются также в защищенном исполнении И на синхронную частоту вращения 3900 об/мин. Кроне
X того. яаготомяются специальные тары двигателей этой серив: с повышенным скольжением (4АС); с повышенный пусХОвыИ иомшг- w том (4АР); со встроенный электромагнитным тормозом (4АЕ); йногоскоростные и др.
хСПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ '
1. Алексеев Ю. Е.» Кушнарев Л. Н. Оборудование дм дуговой
сварки под флюсом. — Л.: Энергия! 1977,—128 с.
2. Вайнсберг А, И, Индукционные плавильные печи. — 2-изд.—
Мл Энеогиц, 1967.—416 С.
3. Васин В. М., Липани Б. Ю. Дипломное проектирование для
специальности «Электрооборудование промышленных предприятий
и уста; s>. — Мл Высшая школа, 1977.—144 с.
4. Дранннков В. Г, Звягин И. Д Автоматизированный влектро*
п^теод^^одъемно-транспортных машин.—Мл Высшая школа,
5. Зимин Е. В. Чувашов И. И. Электрооборудование промыш-
ленных предприятий.— 4.1.—М.: СТройнздат, 1977.—432 с.
6. Капуннов Д. Д„ Елисеев В. А., Илья шейхе Л. А Электрообо-
рудование н электрот рнво i промышленных установок,-Мл Выс-
шая школа, 1979—360 с.
7. Ушаков П. Н., Бродский М. Г. Краны и лифты промышленных
предприятий. Справочник. —Мл Машиностроение, 1974.—252 с.
8. Кучер А. Мч Кнватнцский М. М., Покровский А. А Металло-
режущие стайки (альбом общих видов, кинематических схем н уз-
лов).—Мл Машиностроение, 1976.—304 с,
9. Левинсон Е. М., Лев В. С Справочное пособие по электро-
технологии. —Л.: Леииадат, 1972.—328 с.
10. Меклер А' Г, Электрооборудование механизме» непрерывного
транспорта —М.: Машиностроение, 1973.—296 с.
11. 'Недореаов В. Е. Электросварочные машины. — Л.: Машино-
строение, 1977.—312 с.
12. Некрасова Н М., Кацевнч Л. С., Евтюкова И. П Промыш-
ленные электротермические установки. — М.—Л.: Госэнергоиздат,
13. Общепромышленные электропечи непрерывного действия
А. В. Арендарчук, Н. М. Катель, В. Я. Липов и др.— Мл Энергия,
1977.—248 с.
14. Преображенский В. И. Полупроводниковые выпрямители.—
Мл Энергия, 1976,—12Q с.
16 Простяков А. А. Индукционные нагревательные установки: —
Мл Энергия, 1970.—120 с.
16. Проектирование н монтаж электрооборудования металлоре-
жущих станков/А. Н. Разыграев, 3. А Дворни и др. — Мл Маши-
ностроение, 1961.—344 с.
17. Саидлер А С. Электропривод и автоматизация металлоре-
жущих станков. — Мл Высшая школа, 1972.—440 с.
18. Свенчаиский А. Д. Электрические промышленные печи. 4.L
Электрические печи .сопротивления. — 2-е изд. — Мл Энергия, 1975.—
19. Свенчаиский А. Д., Смеляиский М. Я. Электрические промыш-
ленные печи. 4.2. Дуговые печи. — Мл Энергия, 1970.—264 с.
20. Свенчаиский А. Д, Трейзон 3. Лл Мнухмн Л. А Электроснаб-
жение и автоматизация электротермических установок. — Мл Энер-
гия, 1980.—320 с.
21. Соколов М. М. Автоматизированный электропривод общепро-
мышленных механизмов. — Мл Энергия, 1976.—488 с.
22. Справочник сварщика/Под ред. В. В. Степанова.—Мл Ма-
шиностроение, 1975.—520 с. _
844
й 23. Стоковое В. Е. Электрооборудование кузнечно-прессовых ма-
нн. Справочник,—М.: Машиностроение, 1966.—384 с.
24. тройаин М. Ушаков Н. С, Электрокары и электропогруз-
ки. — Л.: Машиностроение, 1967.—216 с.
25. Хализсв Г» П. Электрический привод.—М.; Высшая школа,
977.-256 с.
26. Харнзоменов И, В. Электрооборудование и электроавтомати-
св металлорежущих станков, — М.: Машиностроение, 1975.—264 с.
27. Харнзоменов И. В,, Харнзоменов Г. И. Электрооборудование
танков и автоматических линий.—М.; Машиностроение, 1977.—
32 с. '
28. Харнзоменов И. В. Электрооборудование кузнечно-штампо*
вечных машнн. — М.: Машиностроение, 1970.—188 с. ,
, 29. Чернов Н. Н, Металлорежущие станки. — М.; Машинострое-
ние, 1978.—392 с. , .
- 30. Шарив Ю. С Станки с числовым управлением. — М.: Маши-
ностроение. 1976.—150 с.
31. Электрооборудование и автоматика электротермических ус-
тановок. Справочяик/Под ред. А. П. Альтгаузена, М. Д. Бершицкого,
М. Я. Смелянского « В. М. Эдемского—М.: Энергия,- 1978.—304 с.
32. Электротермическое оборудование. Справочник/Под общ.
ред. А. М. Альтгаузена, М. Я. Смелянского, М С. Шевцова. — М.:
Энергия, 1976,—488 с. "
33. Яуре А. Г. Крановая электрическая аппаратура, —М.: Энер-
гия. 1974.—104 с.
ПКДМЕПЫ1 УКАЗАТЕЛЬ
Автоматическая линия с гиб-
кой транспортной связью 360
A*iOM«ianaone регулирова-
ние вентиляторных .устано-
WBK<96
— — индукционных установок
;---компрессорной установки
46В
——жаорпмых установок 479
-неиай лопропнвления 32
•Автомаонвааия процесса «лу-
4екшо сверления 355
Вентиляторы осевые 451
—центробежные 452
Выбор грузоподъемных элект-
ромагнитов 131
—двигателей крапов 121
—— компрессоров 452
— — конвейеров 191
----кузнечно-прессовых ма-
шин 441
— — лифтов 175
— — металлорежущих станков
238, 261, 287, 353
——насосов 470
—контактных проводов 159
— тиристорного преобразова-
теля для системы ТП — Д
315
— тормозных устройств кранов
127
Выключатели автоматические
161, 232
-конечные крановые 135
- — путевые 369
Выпрямители для питания
гальванических ваин 487
Выравнивание нагрузки от-
дельных двигателей прн
многодвигательном приводе
конвейера 195
Двухзонное регулирование ско-
рости главных приводов стан-
ков по зависимому принци-
пу 253
Д емегнетиэаторы 634 л
Диаграмма скорости движения
стола иродалмгв-етрогально
з* «ганка 296 ,
Дянамяческне нагрузки двига-
телей кранов 120
Индукционные нагревательные
установки 66 3
— плавильные печи 59
Инструментальная револьвф-
ная гоЛЬвка многоаперкцион-
иого ставка 430
Заземление защитное 539
— лифтов 549
—металлоконструкций кра-
нов 540
Закалочные индукторы 67
Насосы поршневые 468
— центробежные 469
Комаидоконтроллеры 145
Компрессоры поршневые 450
— центробежные 450
Конвейеры ленточные 189
— цепные 190
Контроллеры йагннтныб 134,
— силовые 133, 142
— магнитные 134, 146
Коррекция систем автоматиче-
ского регулирования элект-
ропривода 54, 281, 299, 302
Лифты быстроходные пасса-
жирские 180.
— тихоходные грузовые 177
Машины для шовной сварки
103
Металлорежущие станки , 207
----вертикально • фрезерные
307
—^горизонтально - расточные
----копнровально - фрезерные
310
----круглошлифовальные 324
——плоскошлифовальные 327
546
JS- прадяиьно-етретальнав
283
ty— продольно-фрезерные ЭМ
— — раднально-смряильиые
263
**—.тоиарновякпорвзиые 234
—'—токарво-револьверные 235
-----тяжелые карусельные'237
1<грузочна» диаграмма глав-
ного привода тяжелого кару-
сельного станка 251
— двигателя передвижении
моста или тележки 124
- —механизма 123
* подъема крана 124
> '—— работающего с ударной
нагрузкой 441
- —привода стола продольно-
строгального станка 292
•граничение ускорений приво-
дов пассажирских лифтов 179
Панели защитные крановые 139
Переключатели путевые бес-
контактные 376
—рычажные 170
— скорости индукционные 171
— тиристорные 233
— этажные 169
Подчиненное регулирование
координат электропривода
300
Промышленные работы 429
Расчет ленточных нагревателей
23
— проволочных нагревателей
— резисторов для крановых
электроприводов 136
Сварочный трактор 101
Силовые головки агрегатных
станков 349
— — несамодействующие 351
— — самодействующие 350
Системы циклового программ-
ного управления 408
—числового программного уп-
равления 419
Согласованное вращение дви-
гателей конвейеров 201
Статический преобразователь
частоты 341
Схемы заземления влектрообо-
рудования 534
— компоновки станков с робо-
тами 432
—подключений 535
— принципиальные электриче-
ские-519
— соединений 531
Считывающие устройства 424
Тиристорное управление элек-
троприводами главного дви-
жения металлорежущих
станков 253
—— — крановых механизмов
151
------подач металлорежущих
станков 275
Тиристоры 96, 151, 276, 301
Толкатели электрогидравличе*
сине 130
Точная остановка кабнв
подъемников 165
Трансформаторы печные 28
— сварочные 84
— трехобмоточные 93, 275
Ультразвуковая обработка 399
Управление поточно-транспорт-
ной системой 205
Упреждающее токовое ограни-
чение 278
Установки электростатической
окраски 497
Устройства управления с про-
граммируемой логикой серии
УЛП 374 *
Электрическая печь камерная
10
---- конвейерная 12
----многокамерная рольган-
говая 17
----с выдвижным подом 11
— — сопротивления 10
----шахтная 11
----‘-фрезерных станках 318
Электрические дуговые печи 39
------прямого нагрева 40
------косвенного нагрева 43
Электрическое копирование на
токарных станках 260
Электродвигатели асинхронные
сернн 4А 542
— высокомоментные 215, 415
— крановые 122
— с гладким якорем 215, 416
— шаговые 417
— электрошпинделя 329
Электродный датчик 'уровня
477
547
Эдактроимлульсиая обработка
З9о
Электроискровая обработка 390
Электрокоитактные датчике
(измерительные головки) 336
Электрокоитяктный манометр
Электромагнитная - муфта
скольжения 221
Электромагнитные вращающие-
ся столы 333
— плиты 332
Электромагниты автоматиче-
ских ставочных лваий 368
Электросварка дуговая 76 ?.
— контактная 79
Электротележки наземные 183
— Подвесные (электроталя) 154
Элементы логические /бескон-
тактные 370
— матричной логики серив
М37<
— управления серии «Логи-
ками» 373
СОДЕРЖАНИЕ
'
Предисловие ........ ►.................................
"Введение . - , .................................... .
, 'Т л а в а первая. Электрооборудование установок алектро-
г?.’ нагрева...................................... . .
1-1. Общие сведения об электротермических установках .
1-2. Установки печей сопротивления.................
1-3. Установки дуговых печей.......................
1-4. Индукционные электротермические установки .
"Глава вторая. Электрооборудование установок влектри-
S ческой сварки ................................ ......
2-1. Общие сведения об электросварке . , . . .
2-2. Источники питания сварочной дуги . . ...
“ “ Установки дуговой сварки ......................
Установки контактной сварки . »................
8
4
7
7
10
39
58
76
76
81
98
102
106
106
2-3.
2-4.
Глава третья. Электрооборудование мостовых кранов
3-1. Общие сведения о мостовых кранах................
3-2. Режимы работы И особенности электрооборудования
кранов................................... . . . .
3-3. Требования к электроприводу механизмов крана
3-4. Выбор рода тока и типа электропривода ....
3-5. Расчет статических нагрузок двигателей механизмов
кранов................................................
3-6. Определение динамических нагрузок двигателей крана
3-7. Выбор мощности двигателей крановых механизмов
3 8. Крановые тормозные устройства и грузоподъемные
электромагниты.................................-. .
3-9. Крановая аппаратура управления в защиты . .
3-10. W"---------------------------------------------
НО
113
114
117
120
121
3-10. Электрические схемы контроллерного управления дви-
гателями крановых механизмов........................
3-11. Электрические схемы контакторного управления дви-
гателями крановых механизмов........................
3-12. Автоматизированный электропривод крановых меха-
низмов с тиристорным управлением....................
3-13. Электрооборудование подвесных электротележек
3-14. Токоподвод к кранам...........................
Глава четвертая. Электрооборудование в автоматиза-
ция лифтов .'...................................
127
133
142
146
151
154
157
161
4-1. Общие сведения о лифтах .... ... 161
4-2. Основные требования к электроприводу лифтов . . 163
4-3. Типы электропривода и основное электрооборудование
лифтов..............................................167
4-4. Расчет нагрузок н выбор мощности двигателей лифтов 173
4-5. Электрические схемы автоматического управления
лифтами . . . . . . . . • • 176
Глава пятая. Электрооборудование наземных электроте-
лежек и механизмов непрерывного транспорта . . . .183
5-1. Электрооборудование наземных электротележек , . 183
549
5-2. Назначение и устройство механизмов непрерывного ч
транспорта . • . , . . . . "188
5-3. Особенности электропривода и выбор мощности .дви-
гателей конвейеров . ". . . . . . , . - 191
5-4. Автоматизированное управление электроприводами
конвейеров....................................... . 126
Глава шестая. Общие сведения о металлорежущих стаи-
ИИ 4.......................*...........................207
6-1. Классификация металлорежущих станков . . . . 207'
6-2. Основные и вспомогательные движении в станках.
кинематические схемы . . J................‘ • 208
6-8. Общие вбпрооы электропривода стеияов . •* . . 211
6-4. Регулирование скорости приводов станков . . . 215
. 6-5. Режимы работы электродвигателей ^станков . . . 225
6-6. Выбор системы автоматизации .станков . . л . 226
6-7. Типовые блокировочные связи в схемах управления
станками ।........................228
6-8. Электрическая’ аппаратура управления станками . . 231
Глава седьмая. Электрооборудование токарных станков 234
7-4. Назначение .и устройство пекарных станков . .. . 234
7-"2. Типы электроприводов токарных станков . . . 238
7-3. Расист мощности двигателей токдрных станков' . . 240
7-4. Электропривод и схема управления токарно-диитсрев-
маго алта........................................ 244
7-5. Автоматизированный электропривод токарно1раволь-
верных станков....................................... 247
7-£. Электропривод и схема управления тяжелого токар-
но-карусельного станка........................- . 250
7-7. Копирование на токарных станках ................. 260
Глава восьмая. Электрооборудование сверлильных <и
расточных станяов ....... 262
84. Лжашмевне и устройство «сверлильных и расточных
станков.............................................. 262
8т2. Особенности. и ниш электроприводов сверлильных и
расточных станков . ...................................265
8-3. Расчет мощности двигателей сверлаязиых ж растон-
ных станков . . '......................................267
8-4. Электропривод и схема управления радиально-свер-
лильного станка........................................268
8-5. Электропривод и схема управления универсального
расточного станка . ..............................271
8-6. Электропривод подачи досрочного станка шо системе
. ТЯ-Д................... . . л.........................275
Тлдвл де вл тл я. ЭлЬктродбцрудаяш1не прэдольио-стро-
глаыйа станков - . ....................................... 282
9-1, Назначение и устройство -продож>ио-строгальных стан-
ков ...................................................262
9-2. Особенности .работы .и мпы -главных мекдошриводов
продольно-строгальных стандов , . . 1. . 283
550
9-3. Расчет ыощвоств двигателя стола продельно-стро-
гальньго станка* . '.........................
9-4. Главный электропривод продольно-строгального
станка по системе Г—Д с МУ ......
9-5. Главный, привод продольно-строгального станка по
системе ТП—Д с подчиненным регулированием
9-6. Электропривод подачи суппортов продольно-строгаль-
ных станке».....................
287
292
300
305
Глава десятая. Эяежтрооберудеаание фрезерных станков
10-1. Назначение и устройство фрезерных станков
10-2. Типы электроприводов фрезерных станков
10-3. Расчет мощности двигателей фрезерных станков
10-4. Электропривод и схема управлениявертикальио-фре-
зерного станка............................. . . .
10-5. Особенности электрооборудования копировально-
фрезерных станков . .................
Глава одиннадцатая. Электрооборудование шлифо-
306
311
312
315
318
вальщик стащи ... ............................
11-1. Наэнанение и устройства шлифовальных станков
11-2. Типы электроприводов шлифовальных станков .
1|-3. Расчет мощности двигателя главного привода шли-
фовальных станков ..................................
ч 11-4. Специальное электрооборудование шлифовальных
станков . . .................................
11-5. Управление электрошпинделями с помощью стати-
ческих преобразователей' частоты .
11-6. Электропривод и схема управления круглошлифо-
вального станка . .................. . .
Глава двенадцатая. Электрооборудование агрегатных
станков ....................................... ..... .
12-1. Назначение и устройство агрегатных станков
12-2. Циклы движений силовых головок агрегатных станков
12-3. Расчет мощности двигателей агрегатных станков
12-4. Электропривод и схема управления агрегатного
станка с самодействующей головкой . . . .
Глава тринадцатая. Электрооборудование автоматиче-
ских станочных линий ....................................
13-1. Основные типы автоматических станочных линий
13-2. Принципы построения схем* управления автоматиче-
скими линиями . . . .' .....................
13-3. Электрооборудование автоматических линий
13-4. Схемы управления транспортерами, поворотными сто-
лами и механическими ключами........................
323
323
328
330
331
338
343
Гл
13-5. Управление станками автоматических линий . >
13-6. блокировки, автоматический контроль и сигнализа-
ция на станочных линиях...............................
ава четырнадцатая. Электрооборудование устано-
вок электроэрозионной и ультразвуковой обработки
14-1. Установки электроэрозионной обработки . . . .
14-2. Установки ультразвуковой 'обработки . . - .
348
348
352
353
354
357
357
361
367
376
382
384
389
389
399
631
ГяЯяа пятнадцатой. Электрооборуевяиие станкоя с
программным управлением . .. . . . . .
15.1. Общи сведения о программном- управлении станками
15-2. Системы иклового программного управления .
15-9 Электроприводы станков с ЦПУ ......
15-4. Системы числового программного управления . .
15-5. Миогобперационные станки и промышленные роботы
Главка шестнадцатая. Электрооборудование кузиечно-
< пресса машин ....................................
— 16-1. Назначение и устройство Куанечно прессовых машин
16-2. Типы эяектроириводрвжуэнечно-прессбвых машин .
16-3. Управление электроприводами кузнечно-прессовых
мании .............
Глара семнадцатая. Электрооборудование компрессо*
ров и вентиляторов ...........
17’1. Назначение и устройство компрессоров н вентиляторов
17-2, Особенности электропривода и выбор мощности дви-
гателе! компрессоров и вентиляторов . . . .
17-3. Автоматизация работы вентиляторных н компрессор-
ных установок .
Глава восемнадцатая. Электрооборудование насос-
ных установок . '. ....................................,
18-1. Назначение я устройство насосов................
18-2, Особеянтн электропривода я выбор мощности дви-
гателей насосов ... .................................
18-3. Регулирование производительности механизмов с
вентиляторным мрментом иа валу.......................
18-4. Специальная аппаратура для автоматизации насос-
ных установок . ;• .......................
18-5. Схемы автоматизация насосных установок .
Глава девятнадцатая. Электрооборудование устано-
вок для нанесения покрытий ........
19-1. Гальванические установки .......
19-2. Установки электростатической окраски . . . .
Гл-в"ва двадцатая. Электрооборудование во взрыло- и
пожароопасных помещениях ... . ,
20-1. Класснфик ция помещений по их взрыво- и Пожаро-
опасности .........................................
20-2. Виды исполнений электрооборудования по степени
питы от воздействия окружающей среды . , .
20-3. Выбор электрооборудования для взрыво- и пожаро-
опасных помещений ...................................
20-4. Электропроводки во взрыво- и пожароопасных по-
мещениях ............................................
Глава двадцать первая. Проектирование электрообо-
рудования промышленных установок, станков и машин
21-1. Содержание проекта электрооборудования » .. .
21-2. Разработка принципиальной электрической схемы . М9
21-3. Размещение электрооборудования иа станках и ма-
шинах ............................................525
21-4. Выполнение схем соединений ...... 531
21-5. Электрические проводки промышленных механизмов 535
21-6. Заземление металлических элементов электрооборудо-
вании ............................................538
21-7. Описание и перечень элементов электрооборудования 541
Приложение................................................542
Список литературы ... . 544
Предметный указатель ... . . 546
I ЕВГЕНИИ НИКОЛАЕВИЧ ЗИМИН |
ВСЕВОЛОД ИВАНОВИЧ ПРЕОБРАЖЕНСКИЙ
| ИВАН ИВАНОВИЧ ЧУВАШОВ |
ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИИ
И УСТАНОВОК
Редакторы: Р. С. Сарбатов, В. П. Цишевский
Редактор издательства И. П. Березина
Переплет художника Д. И. Чернышева
Технический редактор Г. Г. Самсонова
Корректор Н. А. Войтенко
ИБ ЛЬ 1709 («Энергия»)
Сдано в набор 29.12-80 Подписано к печати 30.06.81 Т-20072 Формат 84X108’/»
Бумага типографская № 3 Гари, шрифта литературная Печать высокая
Усл. печ. л. 28.98 Уч.-изд. л. 29,33 Тираж 90000 экз. (I-й завод 1—55000 экз.)
Заказ 612 Цеиа 1 р. 10 к.
Эпергонздат. 113114. Москва, М-114, Шлюзовая набор., 10
Владимирская типография «Союзполиграфпрома»
при Государственном комитете СССР по делам издательств,
полиграфии и книжной торговли
600000» г. Владимир. Октябрьский проспект, д. 7