電機(jī)與拖動課程設(shè)計工作臺往返循環(huán)電機(jī)拖動系統(tǒng)設(shè)計

1、電機(jī)與拖動課程設(shè)計說明書工作臺往返循環(huán)電機(jī)拖動系統(tǒng)設(shè)計學(xué)生姓名支昊學(xué)生學(xué)號20110502114學(xué)院名稱信電工程學(xué)院專業(yè)名稱電氣工程及其自動化指導(dǎo)教師韓成春2014年1月8日 摘要中型企業(yè)普通采用了先進(jìn)的自動化系統(tǒng)對生產(chǎn)過程進(jìn)行控制，但絕大部分小型企業(yè)尚未應(yīng)用自動化系統(tǒng)和產(chǎn)品對生產(chǎn)過程進(jìn)行控制。因此，自動化在我國的應(yīng)用潛力遠(yuǎn)沒有得到充分發(fā)揮。在自動化生產(chǎn)線上，有些生產(chǎn)機(jī)械的工作臺需要按一定的順序?qū)崿F(xiàn)自動往返運動，并且有的還要求在某些位置有一定的時間停留，以滿足生產(chǎn)工藝要求。用自動化系統(tǒng)實現(xiàn)工作臺自動往返順序控制，不僅具有程序設(shè)計簡單、方便、可靠性高等特點，而且程序設(shè)計方法多樣，便于不同層次設(shè)計

2、人員的理解和掌握。在本次設(shè)計中，通過對工作臺自動往返循環(huán)系統(tǒng)原理分析，理解工作臺的運行過程和其中的制約關(guān)系。然后預(yù)選出電動機(jī)，對電動機(jī)的校驗最終確定電動機(jī)的機(jī)型。再對工作臺的制約關(guān)系，設(shè)計電路的主控電路和控制電路，最終完成課程設(shè)計。關(guān)鍵詞 自動化；工作臺；往返循環(huán)控制目 錄摘要I1 緒論11.1設(shè)計背景11.2設(shè)計任務(wù)及要求11.3設(shè)計指導(dǎo)12 工作臺往返循環(huán)電機(jī)拖動系統(tǒng)原理分析22.1拖動系統(tǒng)的機(jī)械運動示意圖22.2拖動系統(tǒng)的工作原理23 電動機(jī)的選擇33.1負(fù)載轉(zhuǎn)矩的測量33.2電動機(jī)類型的選擇33.3電動機(jī)電壓和轉(zhuǎn)速的選擇33.4電動機(jī)工作制的選擇43.5電動機(jī)型號的選擇44電動機(jī)的校驗

3、64.1電動機(jī)的發(fā)熱校驗64.2電動機(jī)的起動校驗74.3電動機(jī)的過載校驗74.4電動機(jī)的長期運行校驗75 系統(tǒng)電路圖的設(shè)計85.1主電路的設(shè)計8主電路設(shè)計分析8主電路電路圖85.2控制電路設(shè)計9控制電路設(shè)計分析9控制電路電路圖9結(jié)論11參考文獻(xiàn)121 緒論1.1 設(shè)計背景隨著計算機(jī)技術(shù)、無線技術(shù)、現(xiàn)場總線技術(shù)、工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)、IT技術(shù)、機(jī)器人技術(shù)，傳感器技術(shù)以及安全技術(shù)等科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展與創(chuàng)新，工廠自動化發(fā)展到了新階段，不斷增加的功能集成提升了所有驅(qū)動技術(shù)中集散的智能化，保證這些設(shè)備在初次連接時能得到恰如其分的使用，并在系統(tǒng)中充分地發(fā)揮各自的優(yōu)勢。工作臺往返循環(huán)電機(jī)拖動系統(tǒng)在現(xiàn)在工業(yè)中常用于

4、機(jī)床、物流分揀等領(lǐng)域，此系統(tǒng)的應(yīng)用大大提高了工業(yè)運作的效率，節(jié)省了大量的人力物力，實現(xiàn)了工業(yè)生產(chǎn)的現(xiàn)代化。1.2設(shè)計任務(wù)及要求1）設(shè)計一個電氣原件的工作臺自動往返循環(huán)控制線路2）工作臺循環(huán)工作電機(jī)應(yīng)可靠起動、運轉(zhuǎn)、停止3）工作臺往返工作既可實現(xiàn)手動也可滿足自動1.3設(shè)計指導(dǎo)查閱資料理解工作臺的往返循環(huán)工作的原理及結(jié)構(gòu)。為簡化設(shè)計過程，工作臺驅(qū)動電機(jī)可自行選擇，但選擇電機(jī)后需要進(jìn)行校驗（如類型、容量、起動能力、過載能力、溫升及工作制等），對題目未知的參數(shù)可根據(jù)類似產(chǎn)品的說明書或電氣工程手冊查詢。2 工作臺往返循環(huán)電機(jī)拖動系統(tǒng)原理分析2.1 拖動系統(tǒng)的機(jī)械運動示意圖工作臺往返循環(huán)電機(jī)拖動系統(tǒng)是由電

5、動機(jī)通過齒輪帶動工作臺在規(guī)定的區(qū)域內(nèi)左右平移，并能實現(xiàn)手動和自動控制的一個系統(tǒng)。具體模型如圖2-1所示。圖2-12.2 拖動系統(tǒng)的工作原理當(dāng)工作臺擋板停在行程開關(guān)SQ1和SQ2之間任意位置時，可以通過啟動開關(guān)使電動機(jī)帶動工作臺運行。例如按下開關(guān)SB1，電動機(jī)正轉(zhuǎn)，帶動工作臺向左進(jìn)。或按下開關(guān)SB2,電動機(jī)反轉(zhuǎn)，帶動工作臺右進(jìn)。當(dāng)工作臺到達(dá)終點左往行程開關(guān)SQ1時候，需通過控制，使電動機(jī)停轉(zhuǎn)；同時通過開關(guān)鍵變化，使電動機(jī)反轉(zhuǎn)，拖動工作臺向右移動；并未下次正轉(zhuǎn)做準(zhǔn)備。當(dāng)電機(jī)反轉(zhuǎn)拖動工作臺向右移動到一定位置時，擋塊2碰到行程開關(guān)SQ2，通過控制，使電動機(jī)停轉(zhuǎn)；同時通過開關(guān)鍵變化，使電動機(jī)再次開始正轉(zhuǎn)

6、。如此反復(fù)循環(huán)，使工作臺在預(yù)定行程內(nèi)自動反復(fù)往返運動。 3 電動機(jī)的選擇3.1 負(fù)載轉(zhuǎn)矩的測量因為工作臺實現(xiàn)的是平移運動，根據(jù)平移作用力折算的等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩公式式（3.1） 式（3.1）式中：表示等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩表示平移作用力表示工作臺移動速度表示傳動效率表示電動機(jī)角速度表示電動機(jī)的轉(zhuǎn)速假設(shè)電動機(jī)的重力，移動速度，工作臺與導(dǎo)軌之間的摩擦系數(shù)，電動機(jī)的轉(zhuǎn)速n=1390r/min，傳動效率。則平移作用力等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩3.2 電動機(jī)類型的選擇選擇哪種類型的電動機(jī)，一方面要根據(jù)生產(chǎn)機(jī)械對電動機(jī)的機(jī)械特性、起動特性性能、調(diào)速特性、制動方法和過載能力等方面的要求，對各種類型的電動機(jī)進(jìn)行分析比較；另一方面在滿足上述

7、要求的前提下，還要從節(jié)省初期投資，減少運行費用等經(jīng)濟(jì)方面進(jìn)行綜合分析，最后將電動機(jī)的類型確定下來。在對起動、調(diào)速等性能沒有特殊要求的情況下，優(yōu)先選用三相籠型異步電動機(jī)。3.3電動機(jī)電壓和轉(zhuǎn)速的選擇因為電動機(jī)的功率比較小，所以選用380V三相籠型異步電動機(jī)。對于額定功率相同的電動機(jī)額定轉(zhuǎn)速高，電動機(jī)的重量輕、體積小、價格低、效率和功率因數(shù)（對三相異步電動機(jī)而言）比較高。若生產(chǎn)機(jī)械的轉(zhuǎn)速比較低，電動機(jī)的額定轉(zhuǎn)速比較高，則傳動機(jī)構(gòu)復(fù)雜、傳動效率降低，增加了傳動機(jī)構(gòu)的成本和維修費用。因此，綜合分析電動機(jī)和生產(chǎn)機(jī)械兩方面的各種因素最終確定電動機(jī)的額定轉(zhuǎn)速為。3.4電動機(jī)工作制的選擇因為電動機(jī)一旦起動就處

8、于連續(xù)工作狀態(tài)，當(dāng)電動機(jī)電源反接時，電動機(jī)轉(zhuǎn)軸不能實現(xiàn)立即反轉(zhuǎn)，存在一小段時間的反轉(zhuǎn)制動，然后又繼續(xù)工作，如此循環(huán)往復(fù)，是周期工作制，所以選用包括電制動的連續(xù)周期工作制（S7工作制）。3.5電動機(jī)型號的選擇Y系列電動機(jī)是全封閉自冷式鼠籠型三相異步電動機(jī)。Y系列電機(jī)具有高效、節(jié)能、起動轉(zhuǎn)矩高、噪聲小、可靠性高、壽命長等優(yōu)點。安裝尺寸和功率等級完全符合IEC標(biāo)準(zhǔn)。采用B級絕緣，外殼防護(hù)等級為IP44，冷卻方式為IC411。Y系列電機(jī)，額定電壓為380V，額定頻率為50Hz，3kW及以下為“Y”接法，4kW以上為“”接法。Y系列電動機(jī)效率高、節(jié)能、堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩高、噪音低、振動小、運行安全可靠。Y8031

9、5電動機(jī)符合Y系列（IP44）三相異步電動機(jī)技術(shù)條件JB/T9616-1999。Y355電動機(jī)符合Y系列（IP44）三相異步電動機(jī)技術(shù)條件JB5274-91。Y80315電動機(jī)采用B級絕緣。Y355電動機(jī)采用F級絕緣。額定電壓為380V，額定頻率為50Hz。功率3kW及以下為Y接法；其它功率均為接法。電動機(jī)運行地點的海拔不超過1000m；環(huán)境空氣溫度隨季節(jié)變化，但不超過40；最低環(huán)境空氣溫度為-15；最濕月月平均最高相對濕度為90%；同時該月月平均最低溫度不高于25。表3-1電動機(jī)型號及相關(guān)參數(shù)型 號額定功率 額定電流 轉(zhuǎn)速 效率 功率因數(shù) 堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩堵轉(zhuǎn)電流最大轉(zhuǎn)矩噪聲振動速度 重量額定轉(zhuǎn)矩額

10、定電流額定轉(zhuǎn)矩1級2級kWAr/min%COS倍倍倍dB(A)mm/skg同步轉(zhuǎn)速 1500r/min 4 級Y80M1-40.551.5139073.00.762.46.02.356671.817Y80M2-40.752139074.50.762.36.02.356671.817Y90S-41.12.7140078.00.782.36.52.361671.825Y90L-41.53.7140079.00.792.36.52.362671.826額定轉(zhuǎn)矩的計算公式 式（3.2）式中：表示額定轉(zhuǎn)矩表示額定功率表示額定轉(zhuǎn)速根據(jù)電動機(jī)的詳細(xì)參數(shù)計算得：表3-2不同型號對應(yīng)的額定轉(zhuǎn)矩型號額定轉(zhuǎn)矩（）Y

11、80M1-43.78Y80M2-45.16Y90S-47.51Y90L-410.24因為負(fù)載轉(zhuǎn)矩，所以選擇Y80M2-4型號電動機(jī)。4電動機(jī)的校驗4.1電動機(jī)的發(fā)熱校驗圖4-1假設(shè)工作臺勻速運動，由動能定理 （式41）式中 表示電動機(jī)啟動的時間； 表示電動機(jī)的額定功率； 表示電動機(jī)的功率因數(shù)； 表示工作臺的質(zhì)量； 表示工作臺的平移速度?？汕蟮?恒定負(fù)載運行時，假設(shè)恒定負(fù)載運行,由等效功率校驗法，等效功率由于，所以發(fā)熱校驗合格。4.2電動機(jī)的起動校驗根據(jù)查表得Y80M2-4型電動機(jī)的起動轉(zhuǎn)矩倍數(shù)、起動電流倍數(shù)起動轉(zhuǎn)矩為起動轉(zhuǎn)矩大于起動時的負(fù)載轉(zhuǎn)矩的（1.11.2）倍，起動轉(zhuǎn)矩滿足起動條件。起動電

12、流為起動電流小于電路保護(hù)的額定電流，起動電流滿足起動條件4.3電動機(jī)的過載校驗根據(jù)查表得Y80M2-4型電動機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩倍數(shù)電動機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩大于電動機(jī)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩，過載轉(zhuǎn)矩符合過載要求。4.4電動機(jī)的長期運行校驗因為,所以此電動機(jī)可以長期運行。5 系統(tǒng)電路圖的設(shè)計5.1主電路的設(shè)計5.1.1主電路設(shè)計分析因為任務(wù)要求電動機(jī)能實現(xiàn)正反轉(zhuǎn)，所以電動機(jī)主電路必須由兩個開關(guān)來控制兩個主電路的通斷，且兩個電路不能同時接通，另外主電路中應(yīng)該存在熔斷器和熱繼電器來保護(hù)電路，由于兩個電路實現(xiàn)電動機(jī)的轉(zhuǎn)向不同，所以兩個電路連接電動機(jī)的相序不同。另外電動機(jī)的額定功率比較小，所以采用Y接法5.1.2主電路電路圖圖5-

13、1 系統(tǒng)主電路圖圖中：L1、L2、L3表示三相380V交流電源QS表示電路電源開關(guān)FU1表示主電路熔斷器KM1表示電動機(jī)正轉(zhuǎn)電路開關(guān)KM2表示電動機(jī)反轉(zhuǎn)電路開關(guān)FR表示熱繼電器當(dāng)KM1閉合時電動機(jī)正轉(zhuǎn)，當(dāng)KM2閉合時電動機(jī)反轉(zhuǎn)。5.2控制電路設(shè)計5.2.1控制電路設(shè)計分析設(shè)計任務(wù)要求，當(dāng)工作臺擋鐵1從右向左觸碰到限位開關(guān)SQ1時，電動機(jī)從正接變?yōu)榉唇?，工作臺減速至零，擋鐵1停在限位開關(guān)SQ1和超限開關(guān)SQ3之間，并開始從左向右運動，當(dāng)擋鐵2從左向右觸碰到限位開關(guān)SQ2時，電動機(jī)從反接變?yōu)檎?，工作臺減速至零，擋鐵2停在限位開關(guān)SQ2和超限開關(guān)SQ4之間，并開始從右向左運動。若限位開關(guān)SQ1或S

14、Q2失效時，工作臺會繼續(xù)向左或向右運動然后擋鐵1或擋鐵2會觸碰到超限開關(guān)SQ3或超限開關(guān)SQ4，此時需要電機(jī)停止轉(zhuǎn)動排除故障或者讓超限開關(guān)自行進(jìn)行校正代替限位開關(guān)實現(xiàn)控制功能，人為停止系統(tǒng)停止，并排除故障。本系統(tǒng)選擇的是后者。除此之外控制回路應(yīng)有自己的線路保護(hù)，并當(dāng)主回路溫度過高時可以自動使系統(tǒng)停止運行，當(dāng)啟動開關(guān)按下時，線路應(yīng)該有自鎖電路使通過電磁繼電器線圈的電流保持。停止按鈕應(yīng)該保持常閉，當(dāng)按下時整個控制回路應(yīng)該失電。電路要能實現(xiàn)手動和自動控制。5.2.2控制電路電路圖圖5-2工作臺往返循環(huán)電機(jī)拖動系統(tǒng)電路圖圖中：FU2表示控制回路熔斷器 SB3表示停止自恢復(fù)按鈕 SB1表示正轉(zhuǎn)自恢復(fù)按鈕

15、 SB2表示反轉(zhuǎn)自恢復(fù)按鈕 KM1、KM2表示電磁繼電器線圈 SQ1-1、SQ-1表示限位開關(guān)常閉 SQ1-2、SQ2-2表示限位開關(guān)常開 SQ3-1、SQ4-1表示超限開關(guān)常閉 SQ3-2、SQ4-2表示超限開關(guān)常開 FR表示熱繼電器 按下電源開關(guān)QS，主電路和控制電路得電，此時按下正轉(zhuǎn)開關(guān)SB1，電流經(jīng)SQ1-1、SQ3-1、KM2輔助常閉開關(guān)、KM1電磁線圈，使繼電器KM1閉合，則主電路通，電機(jī)M正轉(zhuǎn)，KM1輔助常開開關(guān)閉合，和SQ1-1、SQ3-1、KM2輔助常閉開關(guān)、KM1線圈構(gòu)成自鎖電路，當(dāng)工作臺擋鐵1從右向左碰到SQ1時，SQ1-1由閉合變成斷開，線圈KM1沒有電流通過，繼電器K

16、M1斷開；同時SQ1-2閉合，電流經(jīng)過SQ2-1、SQ4-1、KM1輔助常閉開關(guān)、KM2線圈，使繼電器KM2閉合，KM2輔助常開開關(guān)閉合和SQ2-1、SQ4-1、KM1輔助常閉開關(guān)、KM2線圈構(gòu)成自鎖回路，同時主電路另一條電路通道導(dǎo)通，由于電源三相U、V、W中的U相和W相位置互換，電動機(jī)反轉(zhuǎn)制動，然后反向旋轉(zhuǎn)，帶動工作臺從左向右運動。當(dāng)工作臺擋鐵2從左向右碰到SQ2時，SQ2-1斷開、繼電器KM2斷開、SQ2-2閉合、繼電器KM1閉合，電機(jī)正轉(zhuǎn)制動，并帶動工作臺從右向左運動，如此循環(huán)往復(fù)。若SQ1或者SQ2失去作用，工作臺繼續(xù)運動，此時SQ3或SQ4將代替SQ1、SQ2的作用實現(xiàn)工作臺自動往返

17、循環(huán)運動。結(jié)論這次課程設(shè)計持續(xù)了兩周的時間，我拿到的題目是工作臺往返循環(huán)電機(jī)拖動系統(tǒng)設(shè)計。經(jīng)過幾天對課題的研究，網(wǎng)上查閱資料，課本的知識，和同課題的同學(xué)討論。理解了工作臺往返循環(huán)電路的基本運行過程，以及其應(yīng)用的領(lǐng)域?？偨Y(jié)來說，本課題實驗電路的研究過程比較簡易，通過實驗報告冊，讓我更清晰的了解到本實驗的基本。最困難的部分莫過于電機(jī)的選擇，電機(jī)的校驗。通過對電機(jī)與拖動的學(xué)習(xí)以及網(wǎng)上查詢資料。對于電機(jī)的選擇可以通過1.對負(fù)載轉(zhuǎn)矩的預(yù)測量2.電動機(jī)類型的選擇3.電動機(jī)的轉(zhuǎn)速和電壓的選擇4.最終確定電動機(jī)的選擇。然后進(jìn)行的便是對所選電機(jī)的校驗，又通過幾個步驟:1.電機(jī)的起動校驗2.電機(jī)的過載校驗3.電機(jī)的穩(wěn)定運行校驗4.電機(jī)的發(fā)熱校驗。通過這幾個步驟，最終預(yù)選確定電動機(jī)的類型和型號。參考文