Метрологическое обеспечение энергосберегающего электропривода металлообрабатывающих станков предприятия

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство науки и высшего образования Российской федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Сибирский государственный университет науки и технологий

имени академика М.Ф.Решетнева»

Институт машиноведения и мехатроники

Кафедра ТРМ

КУРСОВО Й ПРОЕКТ

По дисциплине: «Основы проектирования продукции»

На тему: «Метрологическое обеспечение энергосберегающего электропривода металлообрабатывающих станков предприятия»

Калмыков Александр

Красноярск 2018

ЗАДАНИЕ

1. Тема работы: Метрологическое обеспечение энергосберегающего электропривода металлообрабатывающих станков предприятия. Вариант по мощности 10.

2. Срок сдачи работы: 30.12.2017г.

3. Перечень вопросов, подлежащих разработке при написании теоретической части КР:

3.1. Виды проектирования продукции, цели и задачи курсовой работы.

3.2. Обзор и анализ электроприводов металлообрабатывающих станков.

3.3. Электронная модель частного электропривода.

3.4. Метрологическое обеспечение частного электропривода станка и металлообрабатывающего производства.

4. Перечень вопросов, подлежащих разработке при написании проектной части:

4.1. Существующая схема электропривода станка.

4.2. Предложенная схема частного электропривода станка.

4.3. Оборудование и контрольно-измерительные приборы частного электропривода станка.

4.4. Измерительная цепь метрологического обеспечения частного электропривода станка.

4.5. Испытание частного электропривода станка.

Содержание

Введение

1. Теоретическая часть

1.1 Виды проектирования и этапы разработки продукции

1.2 Цель и задачи курсового проекта

1.3 Обзор и анализ электроприводов металлообрабатывающих станков

1.3.1 Электромагнитно-управляемый электропривод и его метрологические характеристики

1.3.2 Электропривод на тиристорах и его метрологические характеристики

1.3.3 Электронная модель энергосберегающего электропривода металлообрабатывающих станков предприятия

1.4 Метрологическое обеспечение электропривода станков и металлообрабатывающего производства

1.5 Электронная модель частотного электропривода станков и его метрологическое обеспечение

2. Практическая часть

2.1 Наружный вид фрезерного станка модели

2.2 Электропривод фрезерного станка

2.3 Частотный электропривод и метрологическое обеспечение фрезерного станка

2.4 Испытания станка. Программа и методика испытаний

2.5 Результаты испытаний станка с частотным электроприводом и его метрологического обеспечения

3. Оценка качества продукции экспертным методом

3.1 Принятие управленческих решений. Технические характеристики спроектированной продукции

3.2 Карта технического уровня и качества разработанной продукции

Заключение

Библиографический список

Введение

Современная рыночная экономика предъявляет новые требования к качеству выпускаемой продукции. Это связано с тем, что устойчивое положение фирм определяются уровнем конкурентоспособности.

Роль и значение качества постоянно возрастает под влиянием развития технологий производства и потребностей человека. Подъем уровня культуры и образования с каждым днем делает потребителей все более разборчивыми и придирчивыми. електропривод метрологический фрезерный

Проблема повышения качества может быть решена только при совместных усилиях государства, федеральных органов управления, руководителей и членов трудовых коллективов предприятий. Важную роль в решении этой проблемы играют потребители, диктующие свои требования и запросы производителям товаров и услуг.

Улучшение качества продукции - важнейшее направление интенсивного развития экономики, источник экономического роста, эффективности общественного производства.

Цель: Усовершенствование электрической схемы металлообрабатывающего станка путём установления преобразователя напряжения.

Задачи:

1)выбрать схемы существующего ЭМУ электропривода станка

2)провести обзор и анализ электроприводов металлообрабатывающих станков, а также разработать электронную модель частотного электропривода и метрологического обеспечения станка

3) оформить чертеж электрической схемы частотного электропривода станка с примененными частотными преобразователями

1. Теоретическая часть

1.1 Виды проектирования и этапы разработки продукции

Проектирование продукции -- процесс определения компонентов, параметров и характеристик качества продукции -- системы или её частей ГОСТ ISO 9001- 2015.

Системное проектирование комплексно решает поставленные задачи, принимает во внимание взаимодействие и взаимосвязь отдельных объектов-систем и их частей как между собой, так и с внешней средой, учитывает социально-экономические и экологические последствия их функционирования. Системное проектирование основывается на тщательном совместном рассмотрении объекта проектирования, процесса проектирования, производства продукции планируемого качества, сертификации продукции и оценки соответствия запланированного качества продукции.

Функциональное проектирование:

Проектирование нацелено, прежде всего, на создание эффективно работающего объекта. Выполнение требуемой функции -- главная цель и основа разработки объекта. Во внимание принимаются, прежде всего, функциональные показатели качества и показатели надёжности.

Оптимальное проектирование:

Проектирование, целью которого является не только поиск функционально эффективных решений, но и удовлетворение разных, порой противоречивых потребностей людей, обоснованный выбор окончательного варианта, называют оптимальным проектированием (критериальным проектированием, вариантным проектированием). Большое значение в оптимальном проектировании отводится подготовке на этапе технического задания полного перечня требований к разрабатываемому объекту, выделению среди них показателей качества и преобразованию наиболее важных показателей в критерии оптимизации.

К типовым требованиям к научно-технической продукции относят требования функциональные (показатели назначения), надёжности, технологичности, стандартизации и унификации, ограничения вредных воздействий (эргономичность и экологичность), эстетичность, экономичность, патентно-правовые. Требования к другим видам продукции во многом совпадают с перечисленными.

Стадии проектирования и разработки продукции машиностроения регламентированы стандартами ГОСТ 2.103-2013 ЕСКД Стадии разработки и ГОСТ Р 15.201-2016Техническое задание на проектирование (разработку). Основные стадии этапов проектирования и постановки продукции на производство включают:

Разработку технического задания (ТЗ) которая выполняется в соответствии с ГОСТ Р 15.201-2016. ТЗ должно содержать разделы на проектируемую продукцию:

наименование и область (использования);

- основание для разработки;

- цель и назначение разработки;

- источники разработки;

- технические требования;

- экономические показатели;

- стадии и этапы разработки;

- порядок контроля и приемки;

- приложения.

Кроме того, в разделе «Технические требования» указываются требования метрологического обеспечения, программного обеспечения и другие технические требования. Основные разделы технического задания также включают «Технические требования» и характеристики требований, предъявляемых к продукции, отраженных в его подразделах:

- требования к надежности;

- требования к технологичности и метрологическому обеспечению разработки, производства и эксплуатации (при необходимости);

- требования к уровню унификации и стандартизации;

- требования безопасности и охраны природы;

- эстетические и эргономические требования;

- требования к патентной чистоте;

- требования к составным частям продукции, сырью, исходным и эксплуатационным материалам;

- условия эксплуатации (использования), требования к техническому обслуживанию и ремонту;

- дополнительные требования;

- требования к маркировке и упаковке;

- требования к транспортированию и хранению;

- требования к категории качества.

Техническое предложение (ТП) выполняется по ГОСТ 2.118- 2013. В ПТ производится сравнение параметров и характеристик различных вариантов электропривода и выбор из них наилучшего. На этапе ПТ уточняются параметры и характеристики разрабатываемой продукции, например, электропривода конкретного станка.

Эскизный проект (ЭП) выполняется в соответствии с ГОСТ 2.119- 2013. Представляет собой совокупность документов, содержащих принципиальные решения, дающие общее представление об устройстве и принципе работы разрабатываемого объекта, а также данные, определяющие его назначение, основные параметры и габаритные размеры. При необходимости на стадии ЭП проводят изготовление и испытание макетов разрабатываемого объекта.

Технический проект (ТП) разрабатывается по ГОСТ 2.120- 2013. Представляет совокупность разработанных документов, которые должны содержать окончательные технические решения, дающие полное представление об устройстве проектируемого объекта, исходные данные для разработки рабочей документации. На этапе ТП производят изготовление макетов разрабатываемой продукции и проводят их испытания по разработанной "Программе и методике испытаний" (ПМ) в соответствии с ГОСТ 19.105. ГОСТ 2.103-2013 допускает проводить испытания " Модели электронной " (МЭ) разрабатываемой продукции.

На стадии рабочего проекта (РП) сначала разрабатывают подробную документацию для изготовления опытного образца и последующего его испытания. Испытания проводят согласно ПМ, скорректированной по результатам испытаний макета или МЭ проектируемой продукции, в ряд этапов (от заводских до приёмо-сдаточных), по результатам которых корректируют проектные документы. Далее разрабатывают рабочую документацию для изготовления установочной серии, её испытания, оснащения производственного процесса основных составных частей изделия. По результатам этого этапа снова корректируют проектные документы и разрабатывают рабочую документацию для изготовления и испытания головной (контрольной) серии. На основе документов окончательно отработанных и проверенных в производстве изделий, изготовленных по зафиксированному и полностью оснащенному технологическому процессу, разрабатывают завершающую рабочую документацию установившегося производства для серийного выпуска продукции.

Завершает цикл работ проектирования продукции этап, подводящий итог проектной деятельности, -- сертификация. Её назначение -- определение уровня качества созданного изделия и подтверждение его соответствия требованиям тех стран, куда предполагается его последующая реализация. Необходимость выделения этого этапа в виде самостоятельного вызвана тем, что в настоящее время экспорт продукции или её реализация внутри страны во многих случаях недопустимы без наличия у неё сертификата качества. Сертификация может быть обязательной или добровольной. Обязательной сертификации подлежат товары, на которые законами или стандартами установлены требования, обеспечивающие безопасность жизни и здоровья потребителей, охрану окружающей среды, предотвращение причинения вреда имуществу потребителя. Добровольная сертификация проводится по инициативе предприятий. Обычно это делается с целью официального подтверждения характеристик продукции, изготавливаемой предприятием, и, как следствие, повышения доверия к ней у потребителей.

В процессе разработки проектной документации в зависимости от сложности решаемой задачи допускается объединять между собой ряд этапов. Этапы разработки технического задания (ТЗ) и ПТ могут входить в цикл научно-исследовательских работ (НИР), а этапы эскизного проектирования и ТП -- образовывать цикл опытно-конструкторских работ (НИОКР).

Проектирование продукции является значимым и ответственным элементом производственно-хозяйственной деятельности предприятия. Необходимо помнить, что успех товара, а следовательно и предприятия в целом, во многом зависит от качества проектирования, а ошибки в проектировании и в выборе приоритетов развития могут привести к большим потерям для организации в будущем. В процессе проектирования продукции происходит перевод запросов потребителя на язык технических требований к материалам, продукции и процессам, воплощенных в конструкторской документации. Главной целью проекта является либо создание нового продукта, либо модернизация уже существующего. Результатом этой деятельности является выпуск товара, обеспечивающего удовлетворенность потребителя, реализуемого по приемлемой цене и обеспечивающего получение предприятием достаточной прибыли.

1.2 Цель и задачи проектирования продукции

Цель курсовой работы формулируется исполнителем КР, исходя из задания на курсовое проектирование.

Задачи курсового проекта КП следующие:

1) присвоить головной номер технической документации и всей КР техническая документация курсового проекта выполняется с литерой "Т", то есть в соответствии с требованиями ГОСТ 2.120 - 2013 ЕСКД. Технический проект.

2) курсовой проект на проектируемую продукцию должен содержать разработанную исполнителем техническую документацию:

2.1) техническое задание (ТЗ) на проектируемую продукцию (сформулировать технические и электротехнические требования к частотному электроприводу);

2.2) программу и методику испытаний (ПМ);

2.3) технические условия (ТУ) электротехнические требования к частотному электроприводу на проектируемую продукцию;

2.4) расчеты параметров продукции на основе электронной модели частотного электропривода;

2.5) эскизы и схемы спроектированной продукции;

3) выбор схемы существующего ЭМУ электропривода станка, заданного техническим заданием на курсовое проектирование;

4)на этапе техническое предложение (ПТ) провести обзор и анализ электроприводов металлообрабатывающих станков; а также разработать электронную модель частотного электропривода и метрологического обеспечения станка;

5) оформить чертеж на этапе (Эскизный проект) наружного вида станка;

6) выбор силового оборудования частотного электропривода и контрольно-измерительных приборов метрологического обеспечения частотного электропривода для станка, заданного техническим заданием на курсовое проектирование;

7) разработка схемы измерительной цепи метрологического обеспечения частотного электропривода для станка, заданного техническим заданием на курсовое проектирование (оформить чертеж измерительной цепи метрологического обеспечения частотного электропривода станка);

8) оформить чертеж электрической схемы частотного электропривода станка с примененными частотными преобразователями для главного движения станка и автоматической подачи;

9) расчеты потребляемой электроэнергии станком и числа оборотов электродвигателя главного движения станка с частотным электроприводом, используя электронную модель п. 1.5;

10) проведение испытаний электронной модели частотного электропривода и метрологического обеспечения станка, с оформлением "Протокола испытаний", в котором отметить достоинства частотного электропривода и его метрологического обеспечения, а также улучшение эксплуатационных, технологических и технико-экономических характеристик металлообрабатывающего станка с примененными частотным электроприводом и его метрологическим обеспечением. Это же отразить в Заключении проекта, ссылаясь на "Протокол испытаний".

1.3 Обзор и анализ электроприводов металлообрабатывающих станков

Металлообрабатывающие станки служат для обработки соответствующими инструментами поверхностей разнообразных деталей, перемещая их прямолинейным возвратно-поступательным главным движением или вращательным движением относительно обрабатываемой детали и с подачей в направлении, перпендикулярном к направлению главного движения.

Станкостроение - производство средств производства - важнейшая отрасль машиностроения является основой развития промышленного производства России. Без современного технологического станкостроения невозможно нормальное развитие экономики.

Электропривод в структуре и конструкции металлообрабатывающего станка занимает главенствующее положение. От него зависят электроэнергетические параметры станка и металлообрабатывающего производства предприятия в целом. Электропривод во многом определяет технологические характеристики и возможности станка. Качество металлообработки зависит от точности установки металлорежущего инструмента относительно обрабатываемой детали, а также применяемым метрологическим обеспечением. Погрешность установки металлорежущего инструмента определяется автоматической системой числового программного управления (ЧПУ). Повышением количества разрядов в кодах системы ЧПУ, можно снизить погрешность установки инструмента применив, например, шести или девятизначный цифровой код, можно получить соответствующее увеличение точности металлообработки до 1микрона - 10^-6м при шестиразрядном коде или уменьшение абсолютной погрешности до 1 нанометра10^-9м, применив девятиразрядный цифровой код в системе ЧПУ станка.

1.3.1 Электромагнитно-управляемый электропривод и его метрологические характеристики

Электромагнитно-управляемый электропривод (ЭМУ) , помимо электродвигателей, содержит электромагнитные управляющие устройства, а также коммутирующие устройства, обеспечивающие защиту силового оборудования ЭМУ от перегрузки. Контрольно- измерительные приборы сети электроснабжения, а также приборы учета расхода электроэнергии, как правило устанавливаются на весь парк или цех металлообрабатывающих станков. ЭМУ не позволяет оперативно управлять режимами работы станка, снижая его производительность и эксплуатационные характеристики. Для изменения режима работы станка необходимо остановить работу станка, переключить (вручную) с помощью редуктора режим работы и снова запустить станок в работу. Все эти переключения снижают производительность. Кроме того, ЭМУ не может обеспечить плавный пуск электродвигателей, что приводит к повышенному износу механической части станка, снижая его срок службы.

1.3.2 Электропривод на тиристорах и его метрологические характеристики

Электропривод на тиристорах (ЭТ) в отличие от ЭМУ, позволяет оперативно управлять режимами работы станка, путем изменения угла отсечки рабочего напряжения ЭТ, что снижает номинальную мощность электропривода станка на диапазон регулирования рабочего напряжения. Кроме того ЭТ выполняется на электродвигателях постоянного тока, имеющих коллектор (это узел с низкой надежностью) по которому скользят угольные щетки, вызывая электрическую искру и электрическую эррозию деталей, приводящую к повышенному износу всего узла коллектора и нарушению контакта между соприкасающимися деталями. Это требует частой остановки станка и ремонта, снижая его производительность, для выполнения профилактических и ремонтных работ, зачистки контактов коллектора со щетками. ЭТ имеет метрологическое обеспечение подобное ЭМУ.

1.3.3 Электропривод частотный (ЭЧ) и его метрологические характеристики

Электропривод частотный (ЭЧ) дает возможность повысить уровень автоматизации станка, а также его технологические возможности, применив соответствующее метрологическое обеспечение. Этот электропривод позволяет оперативно управлять режимами работы станка путем плавного изменения рабочей частоты электропривода, не используя механическую редукцию станков, применяемую для регулирования режимами работы в ЭМУ и тиристорном электроприводах. Исключение механической редукции дает возможность устранить затраты электроэнергии на механическую редукцию, а также исключить ее из конструкции станка. Это существенно упростит конструкцию, снизит материалоемкость и металлоемкость станка, а также значительно уменьшит затраты на его производство. Кроме того, электронное управление станком дает возможность существенно повысить класс точности технологии металлообработки на таком станке, применив, например, шести или девятиразрядный цифровой код, в результате получаем соответствующее уменьшение абсолютной погрешности ?А•10^-6м или ?А•10^-9м. Повышение метрологических характеристик станка увеличит его качество и стоимость при низких затратах на производство, что даст значительную прибыль и дивиденды производителю таких станков.

1.3.4 Электронная модель энергосберегающего электропривода металлообрабатывающих станков предприятия

Энергосбережение - комплекс мер рационального использования получаемой электроэнергии, направленный на экономию электроэнергии, получаемую из системы электроснабжения предприятия.

Энергосбережение состоит из двух видов мер рационального использования электроэнергии, получаемой из системы электроснабжения предприятия. Путем компенсации реактивной мощности в системе электроснабжения предприятия, создаваемой индуктивной нагрузкой электропривода, а также снижением рабочей частоты электропривода, электронная модель этой меры энергосбережения представлена в п. 1.5.

Компенсация реактивной мощности осуществляется путем включения в систему электроснабжения предприятия соответствующей компенсирующей емкости, создающей отрицательную индуктивной нагрузке электропривода реактивную мощность

(1)

Отсюда

(2)

(3)

где: S_У = 5000кВА - установленная мощность металлообрабатывающих станков на предприятии;

sin- коэффициент реактивной мощности, создаваемый в сети электроснабжения электроприводом металлообрабатывающих станков на предприятии;

L_У - индуктивность электропривода металлообрабатывающих станков на предприятии;

щ_р - циклическая рабочая частота трехфазной цепи электроснабжения предприятия;

С_КФ - емкость, включаемая в каждую фазу трехфазной цепи электроснабжения предприятия для компенсации реактивной мощности электропривода станков предприятия.

Компенсацию реактивной мощности производят на высоком напряжении сети электроснабжения предприятия 10кВ, это существенно уменьшает в (10кВ/0,4кВ)² раз компенсирующую емкость и соответственно снижает стоимость батареи емкости компенсирующей (БСК).

1.4 Метрологическое обеспечение электропривода станков и металлообрабатывающего производства

«Метрологическое обеспечение» (МО) включает в себя проведение измерений, контроля и испытаний параметров проектируемой продукции, а также включает в себя установление и использование технических средств, правил и норм, необходимых для достижения единства и требуемой точности измерений, а также применение научных и организационно-правовых основ их применения в промышленном производстве.

Требование «Метрологическое обеспечение» очень обширно - от осуществления технических измерений до обеспечения единства измерений и законодательной метрологии. Оно используется, в основном, по отношению к измерениям, испытанию и контролю в целом. Применяется также понятие метрологическое обеспечение технологического производства (МОП).

Составляющие метрологического обеспечения:

- теоретические и практические основы метрологического обеспечения.

- нормативно-правовые основы метрологии.

- метрологические службы и организации.

Метрологическое обеспечение производства, в основном, включает:

- анализ состояния измерений;

- установление рациональной номенклатуры измеряемых величин и использование средств измерений (рабочих и эталонных) соответствующей точности;

- проведение поверки и калибровки средств измерений;

- разработку методик выполнения измерений для обеспечения установленных норм точности;

- проведение метрологической экспертизы конструкторской и технологической документации;

- внедрение необходимых нормативных документов (государственных, отраслевых, фирменных);

- аккредитацию на техническую компетентность;

- проведение метрологического надзора.

В условиях рыночных отношений, когда основной целью предприятия является прибыль, используемые средства измерений, как часть основных фондов, должны работать на получение максимальной прибыли.

Метрологическое обеспечение производства должно в определенной степени обеспечивать оптимизацию управления технологическими процессами и производством предприятия в целом, стабилизировать процессы, поддерживать качество изготовления продукции.

При этом затраты на метрологическое обеспечение производства должны соответствовать масштабам производства, сложности технологических циклов и в конечном счете не только окупаться, но и приносить доход.

В оценке адекватности и экономической эффективности МОП могут оказать серьезную организационную и методическую помощь разработанные Всероссийским научно-исследовательским институтом метрологической службы (ВНИИМС) рекомендации МИ 2240-92 «ГСИ. Анализ состояния измерений, контроля и испытаний на предприятии, в организации, объединении».

Этот документ используется при разработке и сертификации систем качества, при аккредитации на техническую компетентность, для разработки программ совершенствования метрологического обеспечения и т.д. В нем определена «Методика оценивания экономической эффективности мероприятий по совершенствованию состояния измерений, контроля, испытаний, метрологического обеспечения производства на предприятии».

Перспективным является моделирование вариантов метрологического обеспечения производства с различными параметрами и дальнейшим расчетом их экономической эффективности; сканирование по вариантам может обеспечить автоматический поиск (выбор) оптимального метрологического обеспечения производства.

Рекомендации МИ 2240-92 ГСИ их применение на предприятии в ряде случаев необходимы, при определенных обстоятельствах - полезны, а профессиональное освоение методики анализа при современном техническом оснащении может стать для МС дополнительным видом деятельности, приносящим немалый доход.

1.5 Электронная модель частотного электропривода и метрологического обеспечения станка

В системах электроснабжения современных производств применяются электромеханические генераторы, генерирующие электромагнитные колебания с рабочей частотой:

f_р = n_рг •П_пг /60, Гц; щ_р = 2р f_рг, рад/с (1)

где: f_рг и щ_рг - рабочая частота и циклическая (угловая) частота генератора сети электроснабжения;

n_рг и n_рг/60 - количество оборотов ротора генератора в минуту и в секунду, соответственно;

П_пг - число пар полюсов в генераторе.

Генератор и электродвигатель электромагнитно взаимно-обратимы, поэтому число оборотов ротора электродвигателя составляет:

n_эд = 60 f_р / П_пэд, обор. /мин;

n_эд = щ_р / 2р П_пэд, обор. /c; (2)

где: f_р и щ_р - рабочая частота и циклическая (угловая) частота частотного электропривода, за номинальную рабочую частоту f_N принята рабочая частота сети электроснабжения, 50Гц;

П_пэд - число пар полюсов в электродвигателе.

Номинальная мощность частотного электропривода, требуемая для работы электродвигателя на частоте f_N :

S_N = 3 I_Nф •U_Nф, ВА (3)

где: S_N - номинальная мощность электродвигателя, указанная в его паспорте на частоте 50Гц;

U_Nф - фазное напряжение электродвигателя в номинальном режиме, указывается в паспорте электродвигателя, при соединении обмоток статора "звездой" U_Nф = 220В = U_сф и равно фазному напряжению сети электроснабжения, при соединении обмоток статора "треугольником" U_Nф = 380В = U_лф и равно линейному напряжению сети электроснабжения;

I_Nф = S_N/3 U_Nф (щ_N), А - сила тока фазы электродвигателя в номинальном режиме на частоте щ_N ;

Мощность частотного электропривода и электроэнергия, потребляемая из сети частотным электроприводом на рабочей частоте щ_р, требуемая для работы электродвигателя:

S(щ_р) = 3 I_Nф •U_рф (щ_р) = I²_Nф L_ф щ_р , ВА; (4)

S(щ_р) • t = W(щ_р) = I²_Nф L_ф щ_р• t, кВт•час; (5)

где: U_рф (щ_р) = I_Nф L_ф щ_р, В - напряжение фазы на рабочей частоте щ_р;

L_ф = з S_N/3 I²_Nф щ_р, Гн - индуктивность фазы электродвигателя;

з - КПД электродвигателя;

t - время работы электропривода, ч.

Из выражений (3 и 4) следует, что при снижении рабочей частоты щ_р, пропорционально частоте уменьшается потребление электроэнергии частотным электроприводом.

Снижение расхода электроэнергии частотным электроприводом за счет уменьшения рабочей частоты от щ_N = 50Гц до минимальной рабочей частоты щ_рmin электропривода:

?W(щ) = W(щ_N) - W(щ_рmin), кВт•ч. (6)

Привести расчеты мощности частотного электропривода, потребляемой им электроэнергии и числа оборотов ротора электродвигателя главного движения станка в диапазоне рабочих частот (см. "Протокол испытаний").

2. Практическая часть курсовой работы

2.1 Расположение органов управления фрезерного станка 6Н12П

Рис.1 Расположение органов управления фрезерного станка

Перечень органов управления фрезерного станка

1. Кран регулирования интенсивности охлаждения

2. Маховичек ручного продольного перемещения стола

3. Кулачки ограничения продольного хода стола в крайних положениях или реверса стола в полуавтоматическом и автоматическом циклах

4. Кулачки переключения стола с подачи на быстрый ход или с быстрого хода на подачу

5. Переключатель на автоматический цикл или ручное управление станка

6. Кнопка "Пуск шпинделя"

7. Кнопка "Стоп"

8. Кнопка "Быстро"

9. Рукоятка ручного насоса смазки стола

10. Рукоятка включения вертикальной или поперечной подачи стола

11. Рукоятка зажима консоли на направляющих станины

12. Маховичек ручного поперечного перемещения стола

13. Рукоятка зажима салазок на направляющих консоли

14. Переключатель управления столом: автоматический цикл - ручное управление - работа с круглым столом

15. Шестигранник поворота фрезерной головки

16. Винты зажима стола на салазках

17. Маховик перемещения гильзы шпинделя

18. Переключатель освещения "Включено - выключено"

19. Кнопка "Стоп шпиндель"

20. Кнопка "Пуск шпинделя"

21. Рукоятка и лимб для переключения скоростей шпинделя

22. Кнопка "Импульс шпинделя"

23. Кнопка "Быстро стол"

24. Вводной переключатель "Включено - выключено"

25. Переключатель насоса охлаждения "Включено - выключено"

26. Переключатель направления вращения шпинделя "Влево - вправо"

27. Рукоятка управления продольным перемещением стола

28. Рукоятка подъема консоли

29. Грибок и лимб для переключения подач стола

30. Кулачки ограничения поперечного хода стола

31. Рукоятка зажима гильзы шпинделя

32. Кулачки ограничения вертикального хода стола

33. Кнопка включения фиксации механизма переключения подач

34. Гайки зажима поворотной фрезерной головки

2.2 Электропривод фрезерного станка модели 6Н12П

Рис.2 Электрическая схема электроснабжения ЭМУ электропривода фрезерного станка модели 6Н12П

Привод главного движения фрезерного станка: асинхронный короткозамкнутый двигатель; асинхронный двигатель с переключением полюсов. Торможение: противовключением с помощью электромагнита. Общий диапазон регулирования (20 - 30) : 1.

Привод подачи: механический от цепи главного движения, асинхронный короткозамкнутый двигатель, двигатель с переключением полюсов (движение стола продольно-фрезерных станков), система Г--Д (движение стола и подача головок продольно-фрезерных станков), система Г--Д с ЭМУ (движение стола продольно-фрезерных станков); тристорный привод, регулируемый гидропривод. Общий диапазон регулирования 1 : (5 - 60).

Вспомогательные приводы используют для: быстрого перемещения фрезерных головок, перемещения поперечины (у продольно-фрезерных станков); зажима поперечин; насоса охлаждения; насоса смазки, насоса гидросистемы.

У горизонтально-фрезерных станков фланцевые электродвигатели обычно устанавливают на задней стенке станины, а у вертикально-фрезерных -- чаще всего вертикально на верху станины. Применение отдельного электродвигателя для привода подачи значительно упрощает конструкции фрезерных станков. Это допустимо, когда на станке не производят зуборезных работ. На фрезерных станках распространены цикловые системы программного управления. Их применяют для прямоугольного формообразования. Широко применяют числовые системы программного управления для обработки криволинейных контуров.

У продольно-фрезерных станков для привода каждого из шпинделей обычно применяют отдельные асинхронные короткозамкнутые двигатели и многоступенчатую коробку скоростей. Диапазоны регулирования скорости приводов шпинделей доходят до 20 : 1. Цепи управления двигателями шпинделей, не участвующих в обработке детали, отключают переключателями управления. Останов работающего привода шпинделя производится только после полного прекращения подачи. Для этого в схеме устанавливают реле времени. Пуск двигателя подачи возможен только после включения двигателя шпинделя.

Привод стола тяжелых продольно-фрезерных станков должен обеспечить подачи от 50 до 1000 мм/мин. Кроме того, необходимо быстрое перемещение стола со скоростью 2 - 4 м/мин и медленное перемещение при настройке станка со скоростью 5 - 6 мм/мин. Общий диапазон регулирования скорости привода стола доходит до 1 : 600.

На тяжелых продольно-фрезерных станках распространен электропривод по системе Г--Д с ЭМУ. Электроприводы вертикальных и горизонтальных (боковых) бабок сходны с приводом стола, но имеют значительно меньшую мощность. Если не требуется одновременного перемещения бабок, то применяют общий преобразовательный агрегат для приводов всех бабок. Такое управление является более простым и связано с меньшими затратами средств. Осевое перемещение шпинделей производят тем же приводом подачи. Для этого соответственно переключают кинематическую цепь. У тяжелых продольно-фрезерных станков с подвижным порталом для его перемещения также применяют отдельный электродвигатель.

Для повышения плавности работы некоторых фрезерных станков применяют маховики. Их обычно насаживают на приводной вал фрезы. У зубофрезерных станков необходимое соответствие главного движения и движения подачи обеспечивается путем механической связи цепи подачи с цепью главного движения.

Таблица 1.

Перечень элементов электроаппаратуры

Обозначение	Наименование
S1	вводный выключатель
S2	реверсивный переключатель шпинделя
S6	переключатель режимов
S3	выключатель охлаждения
S17	конечные выключатели продольной подачи
S16	вертикальной и поперечной подач
K2	контактор
K3	контактор электромагнита быстрого хода.
S12	Быстрый ход стола происходит при нажатии кнопки
S7	Торможение электродвигателя шпинделя
S6	Конечный выключатель
S1	Путевой выключатель
F1	Катушка дистанционного расцепителя
S5	Микропереключатель
S2	Деблокирующий переключатель

Привод главного движения: асинхронный короткозамкнутый двигатель. Привод подачи: механический от цепи главного движения. Вспомогательные приводы используют для: быстрого перемещения кронштейна и задней стойки, перемещения фрезерной головки, единичного деления, поворота стола, насоса охлаждения, насоса смазки, насоса гидроразгрузки (у тяжелых станков).

Специальные электромеханические устройства и блокировки: устройство для счета числа циклов, автоматические устройства для компенсации размерного износа инструмента.

У ряда зубообрабатывающих станков применяют счетные устройства. Их используют на шевинговальных станках для счета проходов, на станках для предварительной прорезки зубчатых колес, для счета числа делений и для счета числа обработанных деталей.

У зубодолбежных станков главное возвратно-поступательное движение осуществляется посредством кривошипов и эксцентриковых передач. Электрооборудование зубодолбежных станков несложно. Применяют магнитные пускатели с дополнительным управлением «толчками» (для наладки). Торможение привода осуществляют чаще всего электромагнитом. Освещение рабочего места производится светильником местного освещения, смонтированным слева на станине станка.В консоли расположен электромагнит для быстрых перемещений.Кнопки управления смонтированы на пультах на консоли и левой стороне станины. Все аппараты управления размещены на четырех панелях, на лицевую сторону которых выведены рукоятки следующих органов управления: S1 - вводный выключатель; S2 ( S4) - реверсивный переключатель шпинделя; S6 - переключатель режимов; S3 - выключатель охлаждения. Станки 6Р82Ш и 6Р83Ш в отличие от других станков имеют два электродвигателя для привода горизонтального и поворотного шпинделей.

Электрическая схема позволяет производить работу на станке в следующих режимах: управление от рукояток и кнопок управления, автоматическое управление продольными перемещениями стола, круглый стол. Выбор режима работы производится переключателем S6. Включение и отключение электродвигателя подачи осуществляется от рукояток, воздействующих на конечные выключатели продольной подачи (S17, S19), вертикальной и поперечной подач (S16, S15).

Включение и отключение шпинделя производится соответственно кнопками "Пуск" и "Стоп". При нажатии на кнопку "Стоп" одновременно с отключением электродвигателя шпинделя отключается и электродвигатель подачи. Быстрый ход стола происходит при нажатии кнопки S12 (S13) "Быстро". Торможение электродвигателя шпинделя - электродинамическое. При нажатии кнопок S7 или S8 включается контактор К2, который подключает обмотку электродвигателя к источнику постоянного тока, выполненному на выпрямителях. Кнопки S7 или S8 должны быть нажаты до полного останова электродвигателя.

Автоматическое управление фрезерным станком осуществляется при помощи кулачков, устанавливаемых на столе. При движении стола кулачки, воздействуя на рукоятку включения продольной подачи и верхнюю звездочку, производят необходимые переключения в электросхеме конечными выключателями. Работа электросхемы в автоматическом цикле - быстрый подвод - рабочая подача - быстрый отвод. Вращение круглого стола осуществляется от электродвигателя подач, пуск которого производится контактором К6 одновременно с электродвигателем шпинделя. Быстрый ход круглого стола происходит при нажатии кнопки "Быстро", включающей контактор К3 электромагнита быстрого хода.

2.3 Частотный электропривод и метрологическое обеспечение частотного электропривода станка, заданного техническим заданием

Метрологическое обеспечение - оборудование и контрольно-измерительные приборы частотного электропривода станка представлены на рисунке 3. (оформить чертёж электрической схемы с литерой "Т" частотного электропривода главного движения станка и его метрологического обеспечения с предлагаемым частотным преобразователем).



Рис.3. Функциональная схема метрологического обеспечения частотного электропривода главного движения станка

Частотный электропривод станка и его метрологическое обеспечение содержат силовое оборудование и контрольно-измерительные приборы в следующем составе:

(1)ПП-110/10кВ

(2)Силовой кабель-10кВ

(3)батарея компенсирующих конденсатов Скф БСК-5М/10кВ

(4) Трансформатор ТД 5600/10

(5) Счетчик электроэнергии типа СЭТЗА-02-10А:

1. номинальное напряжение 380/ 220В,

2. номинальный/ максимальный ток 5A/7,5A;

3. класс точности 1,0.

(6) Ваттметр номинальной мощности типа Д308, класс точности 1,0.

(7) Частотный преобразователь векторного типа EI-9011:

Векторные преобразователи частоты для управления приводами с динамичным и контролируемым изменениями скорости вращения, а также с прямым управляемым моментом: лифты, краны, подъемно-транспортное оборудование, экструдеры, волочильные станы и т.п.

1. диапазон номинальных мощностей преобразователя: 20 - 40, кВт;

2. диапазон регулирования рабочей частоты: 1 - 50, Гц;

3. полная защита двигателя;

4. векторное управление скорости c обратной связью/ без обратной связи;

5. встроенный пропорциональный интегральный дифференциальный (ПИД) - регулятор;

6. программирование группы преобразователей с помощью пульта управления;

7. электроснабжение 0,4кВ, 50 Гц.

(8) Частотомер типа Ч3- 34:

1. диапазон частот 10Гц - 2ГГц;

2. класс точности 0,5.

(9) Электрический двигатель типа АО2-71-4СПУЗ:

1. асинхронный электродвигатель;

2. номинальная мощность 22кВт;

3. номинальная скорость вращения 1460об/мин;

4. ток возбуждения статора 40,6А;

5. коэффициент полезного действия 90%;

6. коэффициент мощности 0,9.

(10) Тахометр электронный с дистанционным измерением, тип ТЭ-Д:

1. тахометром измеряют число оборотов/минуту ротора электродвигателя главного движения станка частотным электроприводом;

2. диапазон об/мин 1 - 10000;

3. класс точности 0,1.

Оборудование и контрольно-измерительные приборы частотного электропривода станка

Таблица 2

Ведомость покупных изделий

№ п/п	Наименование	Тип продукции	Поставщик	Количество	Цена за 1шт. (руб.)	Стоимость (руб.)
1	Электрический счетчик	СЭТЗА-02-10А	ООО«ЭнергоПрибор»	1	3222	3222
2	Ваттметр	Д308	ООО«Проф КиП»	1	15000	15000
3	Частотный преобразователь	EI-9011	Веспер	1	96600	96600
4	Частотомер	Ч3- 34	ПТО им.Ленина, Украина, г.Львов	1	5600	5600
5	Электродвигатель	АО2-71-4СПУЗ	ОАО Могилевский завод "Электродвигатель"	1	25000	25000
6	Батарея компенсирующих конденсаторов	БСК-5М/0,6	ООО«ЮнитПром»	1	14000	14000
7	Амперметр	РА194I-2К1	ООО«Комплект-Сервис»	3	8000	24000
8	Вольтметр	PZ194U-2K1	ООО«Комплект-Сервис»	3	6900	20700
	Всего:	208100

2.4 Испытания станка. Программа и методика испытаний

Продукция разработанная по ГОСТ 2.103- 2013 ЕСКД подвергается испытаниям. Для испытаний должна быть разработана "Программа и методика испытаний" (ПМ) требования к содержанию и оформлению которой определяется ГОСТ 19.101, Требования к содержанию и оформлению ПМ по ГОСТ 19.301.

ГОСТ 2.103- 2013 ЕСКД Стадии разработки допускает проводить испытания "Электронных моделей" продукции вместо испытаний макетов и опытных образцов. "Электронная модель" частотного электропривода данного токарно-винторезного станка представлена в (п. 1.5). Поэтому настоящая ПМ разрабатывается для испытаний "Электронной модели" частотного электропривода, представленного в проекте станка.

Структура и оформление ПМ устанавливаются в соответствии с ГОСТ 19.105. ПМ должна содержать следующие разделы:

- объект испытаний;

- цель испытаний;

- требования к программе;

- требования к программной документации;

- средства и порядок испытаний;

- методы испытаний;

- протокол испытаний.

Объект испытаний

Объектом испытаний в данном проекте является частотный электропривод станка, заданного техническим заданием, и его метрологическое обеспечение.

Цель испытаний

Цель испытаний - измерение электроэнергетических параметров частотного электропривода станка, заданного техническим заданием, которыми являются:

- рабочее напряжение;

- номинальное значение силы тока;

- мощность электропривода;

- рабочая частота;

- диапазон рабочих частот;

- число оборотов электродвигателя главного привода движения на рабочих частотах;

- потребляемая электроэнергия на рабочих частотах.

Требования к программе и программной документации

Структура, содержание и оформление программы, а также программной документации должны соответствовать требованиям ГОСТ 19.105.

Средства и порядок испытаний

Оборудование и контрольно-измерительные приборы, применяемые в процессе испытаний, соединены в измерительную цепь, представленную на рисунке 4 (оформить чертеж с литерой "Т" измерительной цепи метрологического обеспечения частотного электропривода станка).

Испытания проводятся в следующем порядке:

1) устанавливают рабочую частоту на частотном преобразователе;

2) с начала цепи по направлению протекания тока системы электроснабжения, измеряют электрическую величину соответствующим прибором:

1. силу тока в каждой фазе амперметром;

2. напряжение в каждой фазе вольтметром;

3. электросчетчиком измеряют в течение 1 часа потребляемую электроэнергию;

4. ваттметром измеряют мощность электропривода на рабочей частоте;

5. тахометром измеряют число оборотов/минуту ротора электродвигателя главного движения станка с частотным электроприводом.

Методы испытаний

В процессе испытаний используют методы непосредственной оценки электрических величин с помощью соответствующих контрольно-измерительных приборов. Применяются косвенные методы измерений электрических величин с помощью формул "Электронной модели" частотного электропривода и его метрологического обеспечения (п. 1.5).

Протокол испытаний

По результатам испытаний частотного электропривода станка и его метрологического обеспечения составляется "Протокол испытаний", который составляется в произвольной форме и должен содержать результаты измерений электрических параметров сети электроснабжения напряжения и силы тока, а также частотного электропривода станка с помощью метрологического обеспечения, представленного на рисунке 5, в вышеуказанном порядке испытаний. Результаты измерений электрических величин при испытаниях частотного электропривода следует представить в виде таблицы, удобной для обработки результатов.

В "Протоколе испытаний" проводится анализ полученных результатов и делаются выводы об уровне качества станка с частотным электроприводом, сравнивая его с ЭМУ электроприводом станка, заданного техническим заданием.

2.5 Протокол испытаний станка с частотным электроприводом и его метрологического обеспечения

Электрическая схема частотного электропривода, примененного в станке, представлена на рис. 4. (Начертить схему частотного электропривода, примененного в станке, заданном техническим заданием. Включить электродвигатель главного движения станка и электродвигатель подачи через предлагаемые частотные преобразователи соответствующей мощности). Схема измерительной цепи метрологического обеспечения испытаний частотного электропривода представлена на рис. 4.

Измеренные значения фазного и линейного напряжений сети электроснабжения составляют: 220В±10% и 380В±10% соответственно. Результаты измерения мощности частотного электропривода, потребляемой им электроэнергии и числа оборотов электродвигателя главного движения станка в диапазоне рабочих частот представлены в таблице 1 Протокола испытаний.

Таблица 3

Результаты измерения электрических величин

№ п/п	Рабочая частота, Гц	Мощность электродвигателя частотного электропривода, кВт	Потребленная электроэнергия из сети 3фазной, 0,4 кВ, 50Гц (кВт•ч)	Число оборотов электродвигателя с 1Пп/2Пп (об./мин.)
1	50	5	14	3000/1500
2	40		11,2	2400/1200
3	36,66		10,2	2200/1100
4	30		8,4	1800/900
5	20		5,6	1200/600
6	10		2,8	600/300
7	5		1,4	300/150
8	1		0,28	60/30

3. Определение коэффициента качества станка экспертным методом

3.1 Анализ результатов испытаний и их применение в совершенствовании станка

Частотный электропривод, представленный на рис. 4, имеет диапазон рабочих частот 1 - 50Гц, что позволяет получать обороты ротора главного электродвигателя в диапазоне: 60 об/мин - 3000об/мин и 30 об/мин 1500об/мин при одной паре полюсов и двух парах полюсов электродвигателя, соответственно. Такой диапазон рабочих оборотов главного движения станка невозможно обеспечить электроприводами с механическими редукторами, это дает возможность непосредственно управлять электродвигателем главного движения станка, что исключает механический редуктор из его кинематической схемы. Это упрощает конструкцию станка, его металлоемкость и материалоемкость, снижает потребление электроэнергии, вибрации детали и режущего инструмента, повышая качество обработки и производительность, а также снижает стоимость станка. работки и производительность, а также снижает стоимость станка. Коэффициенты повышения качества станка с энергосберегающим, частотным электроприводом определяются экспертным методом и устанавливается равный пяти К_пкс = 5, так как за каждый принимаемый параметр, имеющий существенное значение для оценки качества станка, присваивается один балл:

1) снижение потребления электроэнергии;

2) уменьшение вибраций за счет замены механического редуктора на частотный электропривод с плавным пуском электродвигателя;

3) упрощение конструкции станка и снижение его стоимости;

4) повышение качества металлообработки, за счет снижения вибраций;

5) повышение производительности станка, за счет его полной остановки для механического переключения числа оборотов, частотный электропривод позволяет плавно переходить с одной рабочей частоты на другую рабочую частоту.

Путем вычислений по электронной модели (п.1.5) средневзвешенных значений электроэнергетических параметров базового варианта частотного электропривода, за базовый вариант частотного электропривода принимается электропривод с наилучшими электроэнергетическими параметрами - с минимальным средневзвешенным потреблением электроэнергии. Базовому варианту устанавливается экспертным методом коэффициент повышения качества станка, равный пяти К_пкс = 5.

3.2 Карта технического уровня и качества продукции, разработанной в курсовом проекте

Карта технического уровня и качества продукции (КТУ) составляется в соответствии с ГОСТ 2.116 - 84 на продукцию, имеющую важнейшее народнохозяйственное значение, входящую в Перечень, утвержденный Бюро Совмина СССР и Госплана СССР. Форму КТУ можно взять из ГОСТ 2. 116 - 84 или разработать самостоятельно

В данном проекте установить уровень качества разработанной продукции экспертным методом, основываясь на результатах испытаний, отраженных в "Протоколе испытаний", приняв соответствующие управленческие решения, повышающие технический уровень и качество продукции.

...