Автоматизированный электропривод типовых производственных механизмов и технологических комплексов

Выбор структуры энергетического и информационного каналов электропривода и их техническую реализацию. Расчет статических и динамических характеристик и моделирование процессов управления. Разработка электрической схемы электропривода и выбор её элементов.
Краткое сожержание материала:

Размещено на

Содержание

Введение

1. Выбор структуры энергетического и информационного каналов электропривода и их техническую реализацию

2. Выбор типа и параметров электродвигателя

3. Расчет статических и динамических характеристик и моделирование процессов управления

4. Разработка электрической схемы электропривода и выбор её элементов, функциональных устройств, комплектных блоков

5. Разработка конструктивного оформления электропривода с выбором количества и типа несущих конструкций, их компоновки, размещения органов управления, способов монтажа

Приложение А



Введение

Промышленные роботы и построенные на их основе роботизированные комплексы являются перспективным средством комплексной автоматизации производственных процессов. Применение роботов позволяет существенно повысить производительность труда, эффективность действующего и вновь проектируемого оборудования, а также избавить человека от монотонных, физически тяжёлых и вредных для здоровья работ.

Роботы могут перемещать объект манипулирования с заданной скоростью по сложным пространственным траекториям. Их можно легко перенастраивать и перепрограммировать. Благодаря этим свойствам роботы успешно используют для гибкой автоматизации процессов сварки [9], окраски, сборки, обслуживания в общем, комплексе различного технологического и транспортного оборудования. В последнее время в связи с задачами комплексной автоматизации производства и освоение новых областей деятельности человека (под водой, в опасных средах, в космосе ) большое внимание уделяется автоматизации операций манипулирования- перемещение и ориентации изделий и инструмента.

Манипуляторы при свободном перемещении рабочего органа представляют собой пространственный механизм с разомкнутой кинематической цепью. Его звенья связаны кинематическими парами пятого класса (вращательными или поступательными), оснащёнными приводами. Каждая такая кинематическая пара с приводом обеспечивает одну степень подвижности манипулятора. Число, вид и взаимное расположение степеней подвижности определяют манипуляционные возможности устройства.

Для автоматизации повторяющихся операций манипуляторы снабжаются системой программного управления. Манипуляторы с малым количеством степеней подвижности (n=1…3), работающие по жёсткой программе, называют автооператорами. Однако эти признаки условны, так как любое автоматическое устройство обычно предусматривает возможность перенастройки, в том числе замену механического программоносителя- кулачка, для старых моделей манипуляторов. Свободно программируемые автоматические манипуляторы с большим числом степеней подвижности (n=5…6), используемые в промышленном производстве, называют промышленными роботами.



1. Выбор структуры энергетического и информационного каналов электропривода и их техническую реализацию

В промышленных роботах применяются пневматические, гидравлические, электрические приводы.

Электрические приводы стали значительно шире использоваться в последние годы в связи с успехами электромеханики и вычислительной техники (в системах управления). Сейчас 40…50% выпускаемых промышленных роботов имеют электроприводы. Они используются в основном в промышленных роботах при средней [7] грузоподъемности и большом числе степеней подвижности (3…6). Точность позиционирования этих приводов большая, чем в других приводах (до мм и точнее) за счёт использования систем управления с обратными связями. Преимуществами электропривода являются более высокая по сравнению с другими типами приводов экономичность, более высокий КПД, удобство сборки, хорошие регулировочные свойства. Они применяются как в позиционном так и в контурном режимах работы.

В настоящее время в электроприводе промышленных роботов наибольшее применение нашли двигатели постоянного тока ДПТ. Это обусловлено [6] удобством и простотой регулирования скорости и момента. Для подобных целей они используются уже давно (например, в санках с ЧПУ), поэтому основные узлы схем управления достаточно хорошо отработаны, имеются типовые решения, обслуживающий персонал на предприятиях подготовлен к эксплуатации таких приводов.

Как показано выше, требования к двигателям, применяемым в электроприводе промышленных роботов, близки к требованиям приводов подач станков. Особенностью промышленных роботов является то, что электрические машины часто размещаются непосредственно в сочленениях, при этом каждый последующий двигатель нагружается дополнительной массой предыдущего двигателя. Отсюда более жёсткие требования к массе двигателя.

Для питания ДПТ, используемых в промышленных роботах, наибольшее применение получили тиристорные и транзисторные с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ) преобразователи. Тиристорные преобразователи целесообразно применять для более мощных приводов с высоковольтными двигателями. Транзисторные преобразователи применяются в маломощных приводах (до 0.5кВт) и для низковольтных двигателей. На базе этих преобразователей можно создавать [6] высокодинамичные системы электропривода с широкой полосой пропускания (100Гц) и большим диапазоном регулирования скорости (до 1:100000). К достоинствам ШИП можно отнести также слабое влияние на питающую сеть и отсутствие дополнительных индуктивностей в силовой цепи. Схема силовой части ШИП представлена на (рис.1).

Рис.1 Схема силовой части ШИП

Питание осуществляется от неуправляемого выпрямителя НВ, на выходе которого установлен фильтр (в простейшем случае только конденсатор Сф). Параллельно ключам vT2-vT5 установлены обратные диоды vD2-vD5 для создания контура протекания тока при закрывании ключа и защиты его от перенапряжений. Выбираем симметричный способ управления ключами, vT2,vT3 и vT4,vT5 коммутируются попарно в противофазе. При этом к нагрузке прикладывается разнополярное напряжение. Среднее напряжение на нагрузке зависит от относительной продолжительности включения управляющих импульсов ( определяется как отношение времени включенного состояния [6] соответствующего ключа к периоду переключения).

При применении неуправляемого выпрямителя рекуперация энергии в сеть переменного тока невозможна. В схеме (рис.1) возможна частичная рекуперация энергии в конденсатор фильтра Сф. При возрастании напряжения на конденсаторе вследствие рекуперации выше расчётного значения компаратор К, сравнивающий напряжение на конденсаторе с эталонным, открывает транзистор vT1. Происходит разряд конденсатора на резистор Rт.

Основные свойства ШИП определяются частотой коммутации транзисторов fк. С точки зрения потерь от переменной составляющей тока, которая уменьшается с ростом частоты, целесообразно выбирать частоту коммутации как можно выше. Однако с ростом частоты растут коммутационные потери в силовых транзисторах. Исходя из этих двух ограничений сверху и снизу, выбирается частота коммутации транзистора. Практически она составляет fк=2…10кГц. При высокой частоте коммутации, реально ШИП можно считать безинерционным звеном.

В связи со сказанным выше, выбираем ШИП, он наиболее предпочтительнее для маломощных приводов с ДПТ, что характерно для задания на курсовой проект.

2. Выбор типа и параметров электродвигателя

Как говорилось выше, в электроприводе промышленных роботов наибольшее применение нашли двигатели постоянного тока ДПТ. Это обусловлено [6] удобством и простотой регулирования скорости и момента, а также массогабаритными показателями, по которым асинхронные двигатели уступают двигателям постоянного тока.

Для позиционного привода ДПТ не может быть использован без вспомогательного оборудования: тахогенератора, датчика положения, поэтому подберём двигатель постоянного тока, который бы имел встроенные необходимые устройства. Прежде, чем выбрать двигатель необходимо рассмотреть сам манипулятор, как механизм циклического действия, и привести необходимые параметры к валу двигателя.

Манипуляторы - технические устройства для воспроизведения некоторых двигательных функций рук человека. Число включений в час может достигать 2000, а продолжительность включений ПВ от 40% и выше, так как манипуляторы механизмы циклического действия.

Для заданного режима повторно-кратковременного (S3), характерна последовательность идентичных циклов, каждый из которых состоит из периодов работы и паузы, при постоянной нагрузке. Диаграмма, соответствующая режиму S3 представлена на (рис.2).

Размещено на

Рис.2 Диаграмма повторно-кратковременного режима

t_р- время работы, t_п- время паузы, t_ц- время цикла

Рассчитаем время[1] работы, паузы, исходя из и ПВ=40%

, ;

При позиционировании оптимальная траектория движения S-образная, а траектория скорости трапециевидная, состоящая из времени разгона, времени установившегося движения и времени торможения.

Исходя из этого, определим эти временные показатели:

- время установившегося движения;

- ускорение рабочего органа;

Определим динамические моменты в цикле:

- мах. динамический момент;

- мин. д...