Создание линейного электропривода подачи заготовок в штамп

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Сервопривод: определение, развитие, особенности

2. Синхронные линейные двигатели (SL2 серия)

3. Электроцилиндры (CMS серия)

3.1 Конструкция и принцип действия

3.2 Конструктивные параметры

4. Дуговой двигатель

5. Трубчатый двигатель

6. Линейный двигатель постоянного тока

6.1 Конструкция и принцип действия

6.2 Применение

Заключение

Список использованной литературы



Введение

сервопривод двигатель конструкция

Одним из основных этапов холодной штамповки металлических деталей является подача материала в рабочую зону пресса. Поэтому применение электромагнитных сил в процессах ОМД - важная часть автоматизации процесса штамповки в целом. Актуальной является задача создания надежного, универсального электропривода подачи деталей в штамп, лишенного сложных механических узлов.

Линейный асинхронный двигатель применительно к электроприводу подачи обладает важным преимуществом по сравнению с традиционным вращающимся двигателем - возможностью непосредственного воздействия на рабочий орган, минуя сложную механическую передачу. Существующие линейные электроприводы технологического назначения обычно реализуют непрерывное перемещение деталей и заготовок - вторичных элементов линейных асинхронных двигателей.

Для подачи в штамп характерно шаговое движение заготовки. Традиционные линейные шаговые двигатели не приспособлены для выполнения дискретных перемещений массивных деталей. Для этой цели они должны быть снабжены вторичным элементом, изготовленным специальным образом. Поэтому создание линейного электропривода подачи заготовок в штамп требует проведения комплекса теоретических и экспериментальных исследований электропривода на основе линейных асинхронных двигателей в режиме дискретных перемещений.



1. Сервопривод: определение, развитие, особенности

Сервопривод - это система привода, которая в широком диапазоне регулирования скорости обеспечивает динамичные, высокоточные процессы движения и реализует их хорошую повторяемость. Сервоприводы являются наиболее высокотехнологичной областью электропривода.

Слово "серво" произошло от латинского слова "servus", что переводится как слуга, раб, помощник. В машиностроительных отраслях сервоприводы традиционно выполняли преимущественно вспомогательную роль (приводы подач в станках, приводы роботов и т.п.). Пневматический, гидравлический приводы или асинхронные двигатели с фиксированной скоростью использовались только при высоких моментах в качестве главного привода.

В последние десятилетия ситуация изменилась - гидравлические и пневматические приводы в настоящее время имеют только отдельные ниши на рынке. Теперь, когда автоматизация полностью охватила все области машиностроения, доминируют электроприводы, и механика машин сильно упростилась с использованием современных индивидуальных приводов взамен центрального привода.

Прогресс в электронике и появление новых электротехнических материалов изменили ситуацию в области сервопривода. Последние достижения позволяют компенсировать сложность управления приводом переменного тока путем использования современных микроконтроллеров и быстродействующих высоковольтных силовых транзисторов. Мощные постоянные магниты, изготовленные из сплавов неодим-железо-бора и самарий-кобальта благодаря их высокой энергоемкости, существенно улучшили характеристики синхронного двигателя с магнитами на роторе при одновременном снижении массогабаритных показателей. В итоге улучшились динамические характеристики привода при снижении его габаритов. Тенденция перехода к синхронным двигателям переменного тока особенно очевидна в сервосистемах, которые традиционно выполнялись с использованием электроприводов постоянного тока.

В настоящее время сервоприводы применяются в высокопроизводительном оборудовании в таких отраслях как производство напитков, упаковки, стройматериалов; в подъемно-транспортной технике; полиграфии. Наблюдается тенденция к увеличению доли сервоприводов в деревообработке и пищевой промышленности.

Решающим фактором применения сервоприводов является не только их высокая динамика, но и возможность получения высокостабильного или точного управления, широкий диапазон регулирования скорости, помехоустойчивость, малые габариты и вес.

Благодаря современным цифровым технологиям, сервоприводы сегодня использовать намного легче, чем несколько лет назад. Цифровые технологии предлагают широкий выбор ориентированных на специальное применение возможностей, большое разнообразие устройств связи с объектами (как напрямую, так и через промышленные шины) и возможность использовать персональный компьютер для контроля, оптимизации и автоматической настройки привода.



2. Синхронные линейные двигатели (SL2 серия)

Принцип действия вращающихся синхронных серводвигателей лежит и в основе работы синхронных линейных двигателей. Значительное сходство в принципе действия становится очевидным, если «разрезать и развернуть» синхронный серводвигатель (рис.1).

Рис.1 Принцип действия синхронного линейного серводвигателя

Линейный двигатель состоит из первичной части - статора (шихтованный пакет стали с обмоткой и термодатчиком) и вторичной части - ротора (постоянные магниты, заключенные в защитную оболочку). Отличие состоит в том, что первичная часть (статор) перемещается вдоль «магнитного пути» (ротора). Двигатель, выполненный по такой технологии, носит название «двигатель с коротким статором». Между статором и ротором для достижения максимальной силы тяги необходимо обеспечивать постоянную величину воздушного зазора.

Охлаждение синхронных линейных двигателей серии SL2 основано на рассеивании тепла, также возможна установка вентиляторов принудительного обдува для более эффективного удаления избыточного тепла.

Синхронные линейные двигатели выпускаются в трех классах по скорости - 1, 3 и 6 м/с. Величины номинальной силы тяги лежат в диапазоне от 280 до 6000 Н, максимальной силы тяги - от 650 до 12600 Н.

Преимущества синхронных линейных двигателей по сравнению с вращающимися серводвигателями:

* выше линейные скорости до 6 м/с и более;

* выше ускорения до 80 м/с2;

* прямой привод без редукторов и промежуточных передач;

* отсутствие люфта и крутильного эффекта

* более высокие массы нагрузки могут приводиться в движение;

* более высокая точность позиционирования до ± 10 µм

и точность повторения до ± 2 инкрементов;

* малый износ частей двигателя

Области применения синхронных линейных двигателей:

* перемещение и транспортировка грузов;

* упаковочные технологии;

* сборочные и обрабатывающие технологии;

* деревообработка;

* металлообработка;

* производство специальных машин

Рис.2 Общий вид синхронного линейного серводвигателя SEW-EURODRIVE



1 - платформа первичной части 6 - измерительная шкала

2 - первичная часть 7 - считывающая головка

3 - вторичная часть 8 - конечный выключатель

4 - направляющая тележка 9 - буфер

5 - направляющая 10 - подводка питания



3. Электроцилиндры (CMS серия)

Синхронный серводвигатель серии CM со встроенной шарико-винтовой передачей или планетарной ролико-винтовой передачей являются основными составными компонентами электроцилиндров серии CMS.

Рис.3 Внутреннее устройство электроцилиндра SEW-EURODRIVE

1 - гофрированные мехи 6 - монтажная площадка

2 - отверстие для смазки 7 - подшипник

3 - механический ограничитель 8 - ротор с полым валом

4 - разъем для подключений 9 - шпиндель

5 - датчик скорости 10 - "гайка"

Преимущества электроцилиндров по сравнению с пневмо- и гидроцилиндрами:

* гибкость построения производственной системы (приводные сервопреобразователи обеспечивают синхронный режим, режим обучения, встроенные технологические функции);

* автоматизация процессов и расширенная диагностика (приводные сервопреобразователи и промышленные шины);

* быстрая реакция на управляющее воздействие, т.е. возможны короткие циклы;

* управляемое ускорение, сниженный шум и отсутствие гидроударов;

* проще установка (не требуются трубы);

* компактность (механика интегрирована в электропривод);

* низкая трудоемкость обслуживания (нет утечек рабочих жидкостей);

* снижение затрат энергии (лучше КПД).

3.1 Конструкция и принцип действия

Рис. 4

Наибольшее распространение получили асинхронные линейные двигатели. Представление об устройстве линейного асинхронного двигателя можно получить, если мысленно разрезать (рис. 4) статор 1 и ротор 4 с обмотками 2 и 3 обычного асинхронного двигателя вдоль оси по образующей и развернуть в плоскость, как это показано на рисунке. Образовавшаяся «плоская» конструкция представляет собой принципиальную схему линейного двигателя. Если теперь обмотки 2 статора такого двигателя подключить к сети переменного тока, то образуется магнитное поле, ось которого будет перемещаться вдоль воздушного зазора со скоростью, пропорциональной частоте питающего напряжения и длине полюсного деления. Это перемещающееся вдоль зазора магнитное поле пересекает проводники обмотки 3 ротора и индуктирует в них ЭДС, под действием которой по обмотке начнут протекать токи. Взаимодействие токов с магнитным полем приведёт к появлению силы, действующей, по известному правилу Ленца, в направлении перемещения магнитного поля. Ротор - в дальнейшем будем называть его уже вторичным элементом - под действием этой силы начнёт двигаться с некоторым отставанием (скольжением) от магнитного поля, как и в обычном асинхронном двигателе.

3.2 Конструктивные параметры

Рис. 5

Представленная на рис. 5 конструкция представляет собой линейный двигатель с одинаковыми размерами статора и вторичного элемента. Помимо такой конструкции, в зависимости от назначения линейного двигателя вторичный элемент может быть длиннее статора (рис. 5а) или короче его (рис. 5б). Такие двигатели получили соответственно название двигателей с коротким статором и коротким вторичным элементом.

Вторичный элемент линейного двигателя не всегда снабжается обмоткой. Часто - и в этом одно из достоинств линейного асинхронного двигателя - в качестве вторичного элемента используется металлический лист (полоса), как показано на рис. 5д. Вторичный элемент при этом может располагаться также между двумя статорами (рис. 5в) или между статором и ферромагнитным сердечником (рис. 5г). Двигатель с конструктивной схемой, приведённой на рис. 5д, получил название двигателя с односторонним статором, со схемой по рис. 5в - с двусторонним статором и со схемой по рис. 5г - с односторонним статором и сердечником. Вторичный элемент выполняется из меди, алюминия или стали, причём использование не магнитного вторичного элемента предполагает применение конструктивных схем с замыканием магнитного потока через ферромагнитные элементы, как, например, на рис. 5в, г. Некоторое распространение получили сложные составные вторичные элементы с прилегающими друг к другу полосами из немагнитного и ферромагнитного материала, при этом ферромагнитная полоса выполняет роль части магнитопровода.

Принцип действия линейных двигателей с вторичным элементом в виде полосы повторяет работу обычного асинхронного двигателя с массивным ферромагнитным или полым немагнитным ротором. Обмотки статора линейных двигателей имеют те же схемы соединения, что и обычные асинхронные двигатели, и подключаются обычно к сети трёхфазного переменного тока. Отметим, что линейные двигатели очень часто работают в так называемом обращённом режиме движения, когда вторичный элемент неподвижен, а передвигается статор. Такой линейный двигатель, получивший название двигателя с подвижным статором, находит, в частности, широкое применение на электрическом транспорте.



4. Дуговой двигатель

Дуговой двигатель характеризуется расположением обмотки на части окружности, как это показано на рис. 6.Особенностью этого двигателя является зависимость частоты вращения его статора 1 от длины дуги, на которой располагаются обмотки 2 статора 3.

Рис. 6

Пусть обмотки статора располагаются на дуге, длина которой соответствует центральному углу б = 2фр, где ф - длина полюсного деления и p - число пар полюсов. Тогда за один период тока вращающееся поле статора совершит поворот на угол 2фр/р = б/р, а в течение одной минуты поле повернётся на n = б/p*60f/2р оборотов, т. е. будет иметь частоту вращения n, об/мин.

Выбирая различные б, можно выполнять дуговые двигатели с различными частотами вращения ротора.



5. Трубчатый двигатель

Конструкция трубчатого линейного двигателя представлена на рис. 7.

Рис.7

Статор двигателя 1 имеет вид трубы, внутри которой располагаются перемежающиеся между собой плоские дисковые катушки 2 (обмотки статора) и металлические шайбы 3, являющиеся частью магнитопровода. катушки двигателя соединяются группами и образуют обмотки отдельных фаз двигателя. Внутри статора помещается вторичный элемент 4 также трубчатой формы, выполненный из ферромагнитного материала.

При подключении к сети обмоток статора вдоль его внутренней поверхности образуется бегущее магнитное поле, которое индуктирует в теле вторичного элемента токи, направленные по его окружности. Взаимодействие этих токов с магнитным полем двигателя создаёт на вторичном элементе силу, действующую вдоль трубы, которая и вызывает (при закрепленном статоре) движение вторичного элемента в этом направлении. Трубчатая конструкция линейных двигателей характеризуется аксиальным направлением магнитного потока в отличие от плоского линейного двигателя, в котором магнитный поток имеет радиальное направление.

Рис. 8

Одна из возможных конструктивных схем сочленения линейного двигателя с рельсовым транспортным средством показана на рис. 8.

Линейный двигатель, укреплённый на тележке 3 подвижного состава, имеет конструкцию с двусторонним статором 1. Вторичным элементом является укреплённая между рельсами полоса 2. Напряжение на статор двигателя подаётся с помощью скользящих контактов. Известны также конструкции линейных двигателей, где вторичным элементом являются рельс и элементы несущей конструкции. Такие схемы характерны, в частности, для монорельсовых пассажирских и грузовых дорог и механизмов передвижения кранов. На рис. 9 в качестве примера показаны отечественный линейный двигатель, сконструированный для монорельсовой дороги. Этот двигатель имеет двусторонний статор 1 с обмоткой 2, внутри которого находится вторичный элемент в виде полосы 3. Статор двигателя перемещается по полосе с помощью несущих роликов 5. Ролики 4 служат для взаимной фиксации статора и вторичного элемента в горизонтальном направлении.

Рис. 9

Рис. 10

На рис. 10 показан пример использования линейных асинхронных двигателей для механизмов транспортировки грузов различных изделий.

Конвейер, предназначенный для перемещения сыпучего материала 1 из бункера 2, имеет металлическую ленту 3, укреплённую на барабанах 4. Металлическая лента проходит внутри статоров 5 линейного двигателя, являясь вторичным элементом. Применение линейного двигателя в этом случае позволяет снизить предварительное натяжение ленты и устранить её проскальзывание, повысить скорость и надёжность работы конвейера.

Большой интерес представляет использование линейного двигателя для машин ударного действия, например сваезабивных молотов, применяемых при дорожных работах и строительстве. Конструктивная схема такого молота, показана на рис. 8.Статор линейного двигателя 1 располагается на стреле молота 2 и может перемещаться по направляющим стрелы в вертикальном направлении с помощью лебёдки 3. Ударная часть молота 4 является одновременно вторичным элементом двигателя.

Для подъёма ударной части молота двигатель включается таким образом, чтобы бегущее поле было направленно вверх. При подходе ударной части к крайнему верхнему положению двигатель отключается и ударная часть опускается вниз на сваю под действием силы тяжести. В некоторых случаях двигатель не отключается, а реверсируется, что позволяет увеличить энергию удара. По мере заглубления сваи статор двигателя перемещается вниз с помощью лебёдки.

Рис. 11

Электрический молот, прост в изготовлении, не требует повышенной точности изготовления двигателей, не чувствителен к изменению температуры и может вступать в работу практически мгновенно.



6. Линейный двигатель постоянного тока

Наряду с асинхронными линейными двигателями применяются линейные двигатели постоянного тока. Они чаще всего используются для получения небольших перемещений рабочих органов и обеспечения при этом высокой точности и значительных пусковых усилий.

6.1 Конструкция и принцип действия

Линейные электродвигатели постоянного тока состоит из якоря с расположенной на нём обмоткой, служащей одновременно коллектором (направляющий элемент), и разомкнутого магнитопровода с обмотками возбуждения (подвижная часть), расположенными так, что векторы сил, возникающих под полюсами магнитопровода, имеют одинаковое направление. Кроме того, линейные двигатели постоянного тока (как и двигатели вращательного движения) позволяют при необходимости просто регулировать скорость движения рабочих органов.

6.2 Применение

На рис. 9 показана схема линейного двигателя постоянного тока, который применяется для перемещения промышленных изделий. Этот двигатель по существу представляет собой двигатель постоянного тока с полым цилиндрическим якорем, разрезанный по образующей и развёрнутый в плоскость.

Рис. 12

Подвижная часть двигателя - якорь - состоит из немагнитного остова 1 и укреплённой на нём обмотки 2 якоря, которая может быть выполнена из изолированного обмоточного провода или изготовлена из медной фольги путём её травления. Ширина витков обмотки в направлении движения, как и в обычных двигателях постоянного тока, близка к полюсному делению (т. е. расстоянию по окружности между полюсами магнитной системы двигателя). Токопровод к обмотке осуществляется с помощью коллектора 3 и щёток 4. На станине двигателя 5 крепится комплект полюсов 6 с обмотками возбуждения 7, размещённых в ряд по направлению движения якоря. Другими частями магнитопровода двигателя являются стальные сердечники 8 и сама станина, выполненная также из ферромагнитного материала. Якорь двигателя вместе со столиком 9 для крепления перемещаемого изделия 10 движется по неподвижным опорам 11 так, что его плоскости с обмотками всё время находятся в зазоре между сердечниками 8 и полюсами 6. На принципе работы линейного двигателя основано действие специальных насосов для перекачки электропроводящих жидкостей и в том числе жидких металлов. Такие насосы, часто называемые магнитогидродинамическими, широко применяются в металлургии для транспортировки, дозировки и перемешивания жидкого металла, а также на атомных электростанциях для перекачки жидкометаллического теплоносителя.

Магнитогидродинамические насосы (МГД - насосы) могут быть постоянного или переменного тока. Рассмотрим схему насоса постоянного тока.

Рис. 13

Первичным элементом - статором двигателя является С - образный электромагнит 1. В воздушный зазор электромагнита помещается трубопровод 2 с жидким металлом. С помощью электродов 3, приваренных к стенкам трубопровода, через жидкий металл пропускается постоянный ток от внешнего устройства. Часто обмотка возбуждения включается последовательно в цепь электродов 3. При возбуждении электромагнита на металл в зоне прохождения постоянного тока начинает действовать электромагнитная сила. Под действием этой силы металл начнёт перемещаться по трубопроводу, причём направление его движения просто определить по известному правилу левой руки. Преимуществами МГД - насосов являются отсутствие движущихся механических частей, и возможность герметизации канала транспортировки металла.

Сопоставление линейных синхронных двигателей с униполярным возбуждением и когтеобразными полюсами с асинхронным линейным двигателем на то же тяговое усилие показало, что последний имеет худший коэффициент мощности (около 0,6), более низкий КПД (около 80%) и большую массу на единицу мощности двигателя.



Заключение

Применение электромагнитных сил в процессах ОМД позволяет упростить или полностью исключить механическую передачу, повысить экономичность и надёжность работы привода и производственного механизма в целом.

Широкое применение линейные двигатели нашли в электрическом транспорте, чему способствовал целый ряд преимуществ этих двигателей. Одно из них определяется прямолинейностью движения вторичного элемента (или статора), что естественно сочетается с характером движения транспортных средств.

Другое, не менее важное обстоятельство связанно с независимостью силы тяги от силы сцепления колёс с рельсовым путём, что недостижимо для обычных систем электрической тяги. Поэтому ускорения и скорости движения средств транспорта при использовании линейных двигателей могут быть сколь угодно высокими и ограничиваться только комфортабельностью движения, допустимой скоростью качения колёс по рельсовому пути и дороге, динамической устойчивостью ходовой части транспорта и пути. Исключается при использовании линейных двигателей и буксование колёс электрического транспорта.



Список использованной литературы

1. http://www.sew-eurodrive.ru/publikacii/servodvigateli-sew.html

2. В.В. Маскаленко, Электрические двигатели специального назначения, Энергоиздат 1981.

3. Кавалёв Ю.М., Электрические машины, - М.: Энергия, 1989.

Размещено на Allbest.ru

...