Введение
Электроэнергия в современном обществе играет весьма существенную роль. В настоящее время невозможно представить какую - либо отрасль общественного производства, где не использовалась бы электрическая энергия. Без электрификации в современном обществе немыслимы промышленность, сельское хозяйство, медицина, быт и другие отрасли человеческой деятельности.
Большая часть электроэнергии потребляется промышленными предприятиями. В процессе производства электрическая энергия преобразуется в механическую, световую, тепловую или другую, с помощью которой производится воздействие на обрабатываемую деталь. Для преобразования электрической энергии в другие виды используется разнообразное оборудование и станки - стандартные и специальные устройства для обработки исходного сырья с целью получения какой - либо продукции. Металлорежущие станки делят на универсальные, специализированные и специальные.
В представленном проекте представлено электрооборудование специального копировально-фрезерного станка с пантографом.
Применение специальных станков позволяет существенно повысить производительность производства, снизить себестоимость продукции и повысить ее качество. Специальные станки целесообразно применять в основном только для выпуска массовой продукции.
1 Общая часть проекта
1.1 Устройство и назначение станка
Копировально-фрезерный станок предназначен для изготовления из металла профильных тел вращения, многогранников, а также нарезки винтовых канавок правого и левого направления витков. Форма изготавливаемой детали задается шаблоном, представляющим собой пластину листовой стали толщиной 1.4 мм с вырезанным профилем изделия.
Станок может работать в двух режимах: с ручной и механической подачей. Ручная подача используется, как правило, для изготовления небольшого количества изделий сложного профиля. Механическая подача используется для изготовления большой партии деталей.
Областью применения станка является изготовление лестничных столбов и балясин, ножек столов, стульев, точеных элементов мебели.
Для работы на станке не требуются никакие специальные навыки. Он безопасен в работе и позволяет получать абсолютно идентичные изделия, независимо от количества спрофилированных заготовок.
Основные технические данные станка
Диаметр обрабатываемого изделия, мм:
Наибольший 180
Наименьший 20
Наибольшая длина обрабатываемой заготовки, мм 1200
Параметры рабочего инструмента, мм:
Диаметр 250
посадочное отверстие 30
толщина 4.8
Параметры привода инструмента:
частота вращения двигателя, об/мин 1000
частота вращения инструмента, об/мин 1500
Параметры привода подачи:
мощность двигателей (2 шт), кВт 1,1
частота вращения двигателей, об/мин 1000
скорость перемещения рабочего органа, м/мин:
наибольшая 3,3
наименьшая 0,4
Параметры привода заготовки:
мощность двигателя, кВт 2,2
частота вращения двигателя, об/мин 1500
частота вращения заготовки (при чистовом проходе), об/мин:
наибольшая 1200
наименьшая 900
Габаритные размеры станка, мм:
Длина 2100
Ширина 900
Высота 1045
Общая установленная мощность, кВт 3,4
Параметры питающей сети:
напряжение, 380 В
число фаз 3 шт.
Масса станка с электрооборудованием, кг
1.2 Описание работы схемы управления станком.
В станине установлены четыре трехфазных короткозамкнутых электродвигателя: двигатель привода инструмента Ml, двигатели привода каретки М2 и МЗ и двигатель привода заготовки М4. Электроаппаратура расположена в отдельном коробе. Станок имеет два пульта управления. На пульте, расположенном в подвижной каретке, имеются следующие кнопки:
SB 1 красная грибовидная общего останова станка;
SB 2 черная включающая мотор Ml привода инструмента;
SB 4 черная включающая мотор М4 привода заготовки;
SB 6 черная включающая полный цикл обработки заготовки (черновую и чистовую) в автоматическом режиме. При этом работают моторы Ml и М2.
SB 7 включающая цикл только чистовой обработки. При этом работают моторы Ml, МЗ, М4.
На пульте управления, расположенном на станине станка, имеются кнопки:
SA 1 ключ включающая электрооборудование станка;
SB 3 красная выключающая мотор М4 привода заготовки;
SB 5 черная включающая мотор М4.
На подвижной каретке механизма привода инструмента расположены также два концевых выключателя SQ 1 и SQ 2. Микропереключатель SQ 3 блокирует включение кнопок SB 4 и SB 5.
Принципиальная электрическая схема станка приведена на рис.2.1., перечень элементов электрооборудования в табл.2.4.
Питание электрической схемы станка осуществляется включением автоматического выключателя QF и кнопки SA1.
При включении кнопки SB 6 ставятся на самопитание реле КМ 1 и КМ2, пуская электродвигатели M 1 и М2. При этом каретка движется до срабатывания микропереключателя SQ 2 который, в свою очередь, при помощи промежуточного реле К4 отключает реле КМ 2 и включает реле КМ 3 и КМ 4. Поставившиеся на самопитание реле КМ 3 и КМ 4 пускают электродвигатели МЗ и М4. Каретка движется в обратном направлении до срабатывания микропереключателя SQ1. В результате при помощи промежуточного реле К5 отключаются реле КМ1, КМ3, КМ4 и, соответственно, электродвигатели M 1, МЗ, М4. Цикл работы завершен.
1.3 Инструкция по электробезопасности для электрика при ремонте и обслуживании.
Общие требования безопасности
Электромонтеры, прошедшие соответствующую подготовку, имеющие III группу по электробезопасности и профессиональные навыки и не имеющие противопоказаний по возрасту по выполняемой работе, перед допуском к самостоятельной работе должны пройти: обязательные предварительные (при поступлении на работу) и периодические (в течение трудовой деятельности) медицинские осмотры (обследования) для признания годными к выполнению работ в порядке, установленном Минздравом России;
Обучение безопасным методам и приемам выполнения работ, инструктаж по охране труда, стажировку на рабочем месте и проверку знаний требований охраны труда. Электромонтеры обязаны соблюдать требования безопасности труда для обеспечения защиты от воздействия опасных и вредных производственных факторов, связанных с характером работы:
повышенное напряжение в электрической цепи, замыкание которой может произойти через тело человека; повышенная температура поверхностей оборудования; расположениерабочего места на значительной высоте;
острые кромки, заусенцы и шероховатости на поверхности конструкций и оборудования; повышенное содержание в воздухе рабочей зоны пыли, а также вредных и пожароопасных веществ; движущиеся машины, механизмы и их части.
Для защиты от общих производственных загрязнений и механических воздействий электромонтеры обязаны использовать предоставляемые работодателями бесплатно комбинезон хлопчатобумажный, ботинки кожаные, рукавицы комбинированные, костюмы на утепляющей прокладке и валенки для зимнего периода. При нахождении на территории стройплощадки электромонтеры должны носить защитные каски.Находясь на территории строительной (производственной) площадки, в производственных и бытовых помещениях, участках работ и рабочих местах, электромонтеры обязаны выполнять правила внутреннего распорядка, принятые в данной организации.
Допуск посторонних лиц, а также работников в нетрезвом состоянии на указанные места запрещается. В процессе повседневной деятельности электромонтеры должны: применять в процессе работы инструмент по назначению, в соответствии с инструкциями заводов-изготовителей;
Поддерживать инструмент и оборудование в технически исправном состоянии, не допуская работу с неисправностями, при которых эксплуатация запрещена;
Быть внимательными во время работы и не допускать нарушений требований безопасности труда.
Электромонтеры обязаны немедленно извещать своего непосредственного или вышестоящего руководителя о любой ситуации, угрожающей жизни и здоровью людей, о каждом несчастном случае, происшедшем на производстве, или об ухудшении состояния своего здоровья, в том числе о появлении острого профессионального заболевания (отравления).
Требования безопасности перед началом работы
Перед началом работы электромонтеры обязаны:
предъявить руководителю удостоверение о проверке знаний безопасных методов работ, получить задание и пройти инструктаж на рабочем месте по специфике выполняемых работ;
Надеть спецодежду и спецобувь установленного образца; при выполнении работ повышенной опасности ознакомиться с мероприятиями, обеспечивающими безопасное производство работ, и расписаться в наряде-допуске, выданном на поручаемую работу.
После получения задания у руководителя работ и ознакомления, в случае необходимости, с мероприятиями наряда-допуска электромонтеры обязаны:
Подготовить необходимые средства индивидуальной защиты, проверить их исправность;
проверить рабочее место и подходы к нему на соответствие требованиям безопасности;
Подобрать инструмент, оборудование и технологическую оснастку, необходимые при выполнении работы, проверить их исправность и соответствие требованиям безопасности;
Ознакомиться с изменениями в схеме электроснабжения потребителей и текущими записями в оперативном журнале.
Электромонтеры не должен приступать к выполнению работ при следующих нарушениях требований безопасности:
неисправности технологической оснастки, приспособлений и инструмента, указанных в инструкциях заводов-изготовителей, при которых не допускается их применение;
несвоевременном проведении очередных испытаний основных и дополнительных средств защиты или истечении срока их эксплуатации, установленного заводом-изготовителем;
недостаточной освещенности или при загроможденности рабочего места;
отсутствии или истечении срока действия наряда-допуска при работе в действующих электроустановках.
Обнаруженные нарушения требований безопасности должны быть устранены собственными силами до начала работ, а при невозможности сделать это электромонтеры обязаны сообщить о них бригадиру или ответственному руководителю работ.
Требования безопасности во время работы
Электромонтеры обязаны выполнять работы при соблюдении следующих требований безопасности:произвести необходимые отключения и принять меры,
Препятствующие подаче напряжения к месту работы вследствие ошибочного или самопроизвольного включения коммутационной аппаратуры; наложить заземление на токоведущие части; оградить рабочее место инвентарными ограждениями и вывесить предупреждающие плакаты;
Отключить при помощи коммутационных аппаратов или путем снятия предохранителей токоведущие части, на которых производится работа, или те, к которым прикасаются при выполнении работы, или оградить их во время работы изолирующими накладками (временными ограждениями);
Принять дополнительные меры, препятствующие ошибочной подаче напряжения к месту работы, при выполнении работы без применения переносных заземлений; на пусковых устройствах, а также на основаниях предохранителей вывесить плакаты «Не включать — работают люди!»;
на временных ограждениях вывесить плакаты или нанести предупредительные надписи «Стой — опасно для жизни!»;
Проверку отсутствия напряжения производить в диэлектрических перчатках; зажимы переносного заземления накладывать на заземляемые токоведущие части при помощи изолированной штанги с применением диэлектрических перчаток;
При производстве работ на токоведущих частях, находящихся под напряжением, пользоваться только сухими и чистыми изолирующими средствами.
Перед пуском оборудования, временно отключенного по заявке неэлектротехнического персонала, следует осмотреть его, убедиться в готовности к приему напряжения и предупредить работающих на нем о предстоящем включении.
Присоединение и отсоединение переносных приборов, требующих разрыва электрических цепей, находящихся под напряжением, необходимо производить при полном снятии напряжения.
При выполнении работ на деревянных опорах воздушных линий электропередачи электромонтеру следует использовать когти и предохранительный пояс.
При выполнении работ во взрывоопасных помещениях электромонтерам не разрешается: ремонтировать электрооборудование и сети, находящиеся под напряжением;
эксплуатировать электрооборудование при неисправном защитном заземлении; включать автоматически отключающуюся электроустановку без выяснения и устранения причин ее отключения;
При работе в электроустановках необходимо применять исправные электрозащитные средства: как основные (изолирующие штанги, изолирующие и электроизмерительные клещи, указатели напряжения, диэлектрические перчатки), так и дополнительные (диэлектрические галоши, коврики, переносные заземляющие устройства, изолирующие подставки, оградительные подставки, оградительные устройства, плакаты и знаки безопасности).
Измерение сопротивления изоляции мегаомметром следует осуществлять только на полностью обесточенной электроустановке. Перед измерением следует убедиться в отсутствии напряжения на испытываемом оборудовании.
При работах вблизи действующих крановых или тельферных троллей электромонтеры обязаны выполнять следующие требования:
выключить троллеи и принять меры, устраняющие их случайное или ошибочное включение; заземлить и закоротить троллеи между собой;
оградить изолирующими материалами (резиновыми ковриками, деревянными щитами) места возможного касания троллей в случае невозможности снятия напряжения. На ограждение повесить плакат «Опасно для жизни напряжение 380 В!».
Для проверки контактов масляных выключателей на одновременность включения, а также для освещения закрытых емкостей электромонтерам следует применять напряжение в электросети не выше 12 В. 24
В процессе работы электромонтерам запрещается:
переставлять временные ограждения, снимать плакаты, заземления и проходить на территорию огражденных участков;
применять указатель напряжений без повторной проверки после его падения;
снимать ограждения выводов обмоток во время работы электродвигателя;
пользоваться для заземления проводниками, не предназначенными для этой цели, а также присоединять заземление путем скрутки проводников;
применять токоизмерительные клещи с вынесенным амперметром, а также нагибаться к амперметру при отсчете показаний во время работы с токоизмерительными клещами;
Прикасаться к приборам, сопротивлениям, проводам и измерительным трансформаторам во время измерений; производить измерения на воздушных линиях или троллеях, стоя на лестнице;
Применять при обслуживании, а также ремонте электроустановок металлические лестницы;
Для прохода на рабочее место электромонтеры должны использовать оборудование системы доступа (лестницы, трапы, мостики). При отсутствии ограждения рабочих мест на высоте электромонтеры обязаны применять предохранительные пояса с капроновым фалом. При этом электромонтеры должны выполнять требования «Типовой инструкции по охране труда для работников, выполняющих верхолазные работы».
Требования безопасности в аварийных ситуациях
При возникновении загорания в электроустановке или опасности поражения окружающих электрическим током в результате обрыва кабеля (провода) или замыкания необходимо обесточить установку, принять участие в тушении пожара и сообщить об этом бригадиру или руководителю работ. Пламя следует тушить углекислотными огнетушителями, асбестовыми покрывалами и песком.
Требования безопасности по окончании работы
По окончании работы электромонтеры обязаны:
а) Передать сменщикам информацию о состоянии обслуживаемого оборудования и электрических сетей и сделать запись в оперативном журнале;
б) Убрать инструмент, приборы и средства индивидуальной зашиты в отведенные для них места;
в) Привести в порядок рабочее место;
г) Убедиться в отсутствии очагов загорания;
д) О всех нарушениях требований безопасности и неисправностях сообщить бригадиру или ответственному руководителю работ.
2 Расчетная часть проекта
2.1 Расчет мощности и выбор двигателя главного движения
Выбираем по справочнику коэффициенты и показатели степени:
Сталь жаропрочная 12Х18Н9Т, НВ 141;
Т=30 (мин);
s=1,3 (мм/об);
Cv=350;
x=0,15;
m=0, 20;
y=0,35;
t=3мм;
Где Cv – коэффициент, характеризующий свойства обрабатываемого материала и фрезы.
d – диаметр фрезы, мм;
T – стойкость фрезы (продолжительность работы до затупления), мин;
t – глубина фрезерования, мм.
S – подача, мм на зуб.
В – ширина фрезерования, мм;
Z – число зубьев фрезы;
m, x, y, – показатели степеней, характеризующие вид обработки.
(м/мин);
Усиление резания. Н
Где CF – коэффициент, характеризующий свойства обрабатываемого материала и фрезы.
Fz= (Н)
=300
=1
X=1
y=0,75
n=-0,15
Мощность резания, кВт
(кВт)
По найденному значению скорости резания по формуле рассчитывается частота вращения шпинделя, об/мин.
(об/мин).
Где D-диаметр обрабатываемого изделия,
Машинное время (время обработки), мин
Где L- длинна заготовки;
(мин)
Мощность на валу двигателя, работающего в повторно-кратковременном режиме определяется по формуле (кВт):
Где - мощность резания;
– время обработки (мин);
(кВт)
Двигатель выбирается по условию:
Pдв≥Pэкв
Рисунок 1 - нагрузочная диаграмма главного привода
Исходя из расчетных значений мощности и частоты вращения двигателя, выбирается двигатель стандартной мощности АИР 132 М4 Номинальная мощность, РН - 11 кВт;
Синхронная частота вращения, nо - 1500 об/мин;
Номинальное скольжение, SН - 3,5 %;
Номинальный КПД, η- 87,5 %;
Номинальный коэффициент мощности, cos φ - 0,87;
Кратность максимального момента, К1 () - 2,7;
Кратность пускового момента, К2 ( ) - 2;
2.2 Расчет и построение механической характеристики двигателя главного движения
Номинальная частота вращения, об/мин
Где
– номинальная частота вращения;
(об/мин);
Номинальная скорость, рад/с
Где – номинальная частота вращения (об/мин);
(рад/с);
Номинальный момент двигателя, Нм
Где мощность двигателя (кВт);
– номинальная частота вращения (об/мин);
= 72,2 (Н·м);
Максимальный момент двигателя, Нм
Где
– кратность максимального момента;
- Номинальный момент двигателя, (Нм)
= 195 (Н·м);
Значение пускового момента, Нм
Где
- Кратность пускового момента;
- Номинальный момент двигателя; Нм
= 144,4 (Н м);
Критическое скольжение
Где – номинальное скольжение;
– кратность максимального момента;
;
Уравнение механической характеристики имеет вид:
Где, – максимальный момент;
– скольжение;
– критическое скольжение;
Задаваясь значением S в пределах , рассчитываются зависимости М= f (S).
Таблица 2 - Параметры естественной характеристики двигателя.
S | 0,035 | 0,18 | 0,5 | 0,7 | ||
M, Нм | 72,2 | 123,4 | 96,2 | 68.6 |
2.3 Расчет мощности и выбор двигателя привода заготовки
В соответствии с исходными данными станка мощность и номинальные обороты двигателя заданы изначально, по заданным данным выбираем двигатели серии АИР для привода подачи и привода заготовки.
Параметры привода подачи:
мощность двигателей (2 шт), кВт 0,55
частота вращения двигателей, об/мин 1000
скорость перемещения рабочего органа, м/мин:
наибольшая 3,3
наименьшая 0,4
Параметры привода заготовки:
мощность двигателя, кВт 2,2
частота вращения двигателя, об/мин 1500
частота вращения заготовки (при чистовом проходе), об/мин:
наибольшая 1200
наименьшая 900
Таблица 3 – технические данные электродвигателей.
Р, кВт | Марка | nном об/мин | ηном % | cosφном | Mп/Mном | Mmax/Mном | Mmin/Mном | Iп/Iном |
2,2 | АИР100S6 | 0,86 | 1,3 | 1,9 | 1,2 | 5,5 | ||
0,55 | АИР71B6 | 0.68 | 1,9 | 2,2 | 1.6 | 4,5 | ||
0,55 | АИР71B6 | 0.68 | 1,9 | 2,2 | 1.6 | 4,5 |
2.4 Расчет и выбор аппаратуры управления и защиты
Управление электроприёмниками и их защита от аварийных режимов работы осуществляется с помощью электротехнических устройств, называемых аппаратами управления и защиты.
От электрических аппаратов во многом зависит сохранность и долговечность работы дорогостоящих электроприборов, производительность рабочих механизмов, качество продукции и безопасность эксплуатации.
Для увеличения срока службы электроприёмников необходимо технически грамотно выбрать необходимую аппаратуру управления и защиты. Выбрать аппарат, значит, отобрать из множества однотипных самый экономичный, технические данные которого наиболее полно соответствуют условиям окружающей среды. Кроме этого, надо учитывать технику безопасности.
От правильного выбора пусковой и защитной аппаратуры в большей мере зависят надёжность работы и сохранность оборудования в целом, численные, качественные и экономические показатели производственного процесса, электробезопасность людей.
Для пуска и остановки электродвигателя служит магнитный пускатель, который также защищает электродвигатель от недопустимого снижения напряжения в сети. Для защиты от токов короткого замыкания или значительных перегрузок применяют автоматический выключатель, также который может работать как коммутирующий аппарат для нечастых включений и отключений цепи. Защиту электродвигателей от тепловых перегрузок выполняет тепловое реле, которое встраивается в магнитный пускатель и поставляется с ним.
Выбор аппаратов управления и защиты производится исходя из установленной мощности приёмника энергии по расчётному току питаемой, управляемой и защищаемой цепи.
Определяем номинальные токи двигателей по формулам:
Где - номинальная мощность кВт;
– Номинальное напряжение;
- коэффициент мощности;
– КПД двигателя;
( А)
Номинальный ток комбинированного расцепителя автоматического включателя:
, (А).
Ток срабатывания комбинированного расцепителя автоматического выключателя:
(А)
По справочнику выбирается автоматический выключатель с параметрами:
Тип автоматического выключателя: АЕ2046
Номинальный ток нагревательного элемента теплового реле:
(А)
По справочнику выбирается тепловые реле с параметрами:
;
Iн = 10 А.
диапазон несрабатывания тока (0.75 - 1.25) Iн.
Тип теплового реле: РТЛ. В качестве аппаратуры управления применяется магнитный пускатель ПМЛ. Номинальный ток пускателей: Iн=40А,Iн=10А,
С учетом аппарата защиты выбираем провод ПВ3 4 (1х4)
2.5 Расчет сечения и выбор проводов и кабелей
Сечение проводов и кабелей для напряжения до 1000 В по условию нагрева определяется по справочнику в зависимости от расчетного значения длительно допустимой токовой нагрузки из соотношения:
где Iдл - ток расчетной длительной нагрузки;
Iном - номинальный ток, для электроприемников, имеющих в установке одиночный асинхронный двигатель.
( А)
Вводной кабель выбирается исходя из общего тока Iобщ.
Iобщ. = I1 + I2 + I3,4 = 22 + 4,9 + 3.56 = 30,4 А.
Выбираем кабель ВВГнг (5×6) кабель ВВГнг силовой кабель предназначенный для передачи и распределения электрической энергии в установка до 1 кВ. Внешняя и внутренняя изоляция выполнены из поливинилхлорида не поддерживающего горение кабеля.
Заключение
В результате процесса курсового проектирования на тему: «Спроектировать электрооборудование специального копировально-фрезерного станка», я сделал необходимые расчеты, а именно рассчитал мощность главного привода Выбрал двигатели в соответствии с расчетами и определи номинальные токи а также выбрал защитную и пускорегулирующую аппаратуру.
Список литературы
1. Зимин Е.Н. и др. Электрооборудование промышленных предприятий и установок. М.: Энергоиздат, 1981.
2. Коновалова Л.Л., Рожкова Л.Д. Электроснабжение промышленный предприятий и установок. М.: Энергоатомиздат, 1989.
3. Автоматические выключатели общего применения до 630А. Справочник. М.: Информзлектро, 1996.
4. Правила устройства электроустановок. М.: Энергоатомиздат, 2011.
5. Справочник технолога-машиностроителя. В 2-х т. Т.2/Под ред.А.Г. Косиловой и Р.К. Мещерекова. М.: Машиностроение, 1986.
6. Справочник по электрическим машинам. В 2-х т. Т.1/Под ред. И.П. Копылова и Б.К. Клокова. М.: Энергоатомиздат, 1988.
7. Электромагнитные пускатели. Справочник. М.: Информэлектр, 1994.
8. Электротехнический справочник. В 3-х т. Т.2 Электротехнические изделия и устройства/Под общ. ред. Профессоров МЭИ (гл. ред. И.Н. Орлов). М.: Энерготоиздат, 1986.