Автоматизация изменения скорости подвижных частей прессов с системой дозирования энергии

УДК 621.73.08

АВТОМАТИЗАЦИЯ ИЗМЕНЕНИЯ СКОРОСТИ ПОДВИЖНЫХ ЧАСТЕЙ ПРЕССОВ С СИСТЕМОЙ ДОЗИРОВАНИЯ ЭНЕРГИИ

А.М. Литвиненко, А.О. Богданов, Ю.И. Еременко

В статье рассматривается система дозирования энергии для кривошипного пресса. Предложен метод изменения скорости вращения подвижных частей с учетом нагрузки. Для этого необходимо создание системы управления, а также правильный выбор главного электродвигателя пресса

Ключевые слова: асинхронный двигатель, кривошипный пресс, двигатель с фазным ротором, преобразователь частоты

Кривошипные прессы являются основным видом штамповочного оборудования, используемым в автомобильном, сельскохозяйственном машиностроении, приборостроении и других отраслях промышленности [1].

Чаще всего на одном кривошипном прессе ставится задача производства различных деталей с разной степенью нагрузки на них. Для таких случаев необходима система дозирования энергии [2].

Особенностью конструкции кривошипных прессов является наличие в его приводе маховика, который за счёт расхода своей кинетической энергии покрывает энергетические потребности при выполнении технологической операции. Запас кинетической энергии маховика определяется по формуле:

2

где I и ю - момент инерции и частота вращения маховика соответственно. Доля кинетической энергии маховика, используемой для выполнения операции, определяется по формуле:

2 Kax -wL

),

что составляет не более 20-30%. Остающаяся часть энергии маховика, составляющая 70-80%, является “энергетическим балластом”. Это объясняется тем, что маховик кинематически связан с двигателем главного привода, в качестве которого часто используется асинхронный двигатель.

Асинхронный двигатель по своим свойствам не допускает значительного уменьшения своей частоты вращения, соответственно, и частоты вращения маховика. Поэтому при увели-

Литвиненко Александр Михайлович - ВГТУ, д-р техн. наук, профессор, тел. (473) 243-56-59

Богданов Анатолий Олегович - ВГТУ, аспирант, e-mail: bao-17 @yandex. ru

Еременко Юрий Иванович - СТИ НИТУ «МИСиС», д-р техн. наук, профессор, тел. (4725) 45-12-10

чении момента инерции маховика также увеличивается его масса и габаритные размеры [3].

Одним из способов дозирования энергии является способ, основанный на контроле подвижных частей, в частности маховика, и управление электродвигателем в пределах допустимого скольжения.

Данная система работает следующим образом: на маховике установлен датчик частоты вращения, данные с которого поступают на блок управления, при изменении скорости вращения маховика блок управления увеличивает или уменьшает напряжение на электродвигателе, тем самым обеспечивая оптимальную зону скольжения. Ширина оптимальной зоны скольжения 2-3% от номинального значения.

Для такой системы необходимо правильно выбрать асинхронный электродвигатель, который бы отвечал всем техническим требованиям, и имел высокую гибкость управления.

Для анализа работы главного электропривода пресса с асинхронным двигателем, имеющим фазный ротор(ФР), и для привода с системой преобразователь частоты - асинхронный электродвигатель (ПЧ-АД), построим математические модели.

Математическое моделирование можно проводить с помощью многих программ (МаШСа^ МаШешайса, Ма1;ЬаЬ и др), но для систем автоматического управления и электропривода вне конкуренции остается приложение Ма1;ЬаЬ 8ти1тк. Для решения задачи в модели пресса должны быть представлены двигатель главного привода, маховик, технологическая нагрузка. Технологическая нагрузка для двух систем одинаковая. Расчеты все осуществлены для пресса КГ8042 производства ЗАО «Тяжмех-пресс». Модели были построены для получения графиков зависимостей [4].

В модели главного привода пресса, имеющей асинхронный двигатель с фазным ротором (рис. 1), из упомянутых элементов имеются: 1 - источник питания 50 Гц 380 В; 2 - дви-

гатель главного привода; 3 - технологическая нагрузка; 4 разгонные ступени сопротивлений.

момент на валу двигателя при этом практически одинаковый.

Рис. 1. Модель главного привода пресса с ФР

В модели главного привода пресса с ПЧ -АД (рис. 2) входят: 1 - система управления инвертором; 2 - источник постоянного напряжения 537 В; 3 - инвертор; 4 - двигатель главного привода; 5 - технологическая нагрузка.

Рис. 2. Модель главного привода пресса с ПЧ-АД

По результатам моделирования были получены графики характеристик главного привода пресса в двух режимах. В режиме пуска анализ проводили на основе графиков скорости, токов, момента, и потери мощности. В режиме работы во время цикла анализ проводили на основе графиков скорости, токов и момента.

На рис. 3 показаны графики токов главного двигателя, а на рис 4. показаны графики момента главного двигателя во время пуска, где 1 -для системы с ФР, 2 - для системы с ПЧ-АД.

Рис. 3. Пусковой ток главного двигателя

Если сравнить графики токов (рис. 3) и графики момента (рис. 4), то можно заметить, что в системе ПЧ-АД пусковой ток значительно выше, чем для системы с фазным ротором, но

Рис. 4. Пусковой момент главного двигателя

Полученный график скорости (рис. 5) показывает плавный набор скорости в системе с ПЧ-АД, при этом по времени графики одинаковые.

Рис. 5. График скорости главного двигателя

На рис. 6 показаны графики потери мощности при пуске двигателя. Такой разброс объясняется тем, что система с ФЗ имеет в своей конструкции разгонные ступени сопротивлений, обычно их три, причем одна ступень является постоянно включенной для обеспечения плавной характеристики пресса.

Рис. 6. График потери мощности

Следующим этапом было моделирование работы пресса во время цикла работы. При этом время цикла работы 2 секунды. Технологическая нагрузка в двух случаях была одинаковая, и включалась в одно время.

На рис.7 показаны графики токов электродвигателей во время цикла работы пресса, полученные с помощью моделирования, где 1 - для

системы с фазным ротором, 2 для системы ПЧ-АД.

Рис. 7. График тока главного двигателя

Как видно из графиков (рис. 7), токи во время цикла работы одинаковые, но вот скорость вращения двигателя (рис. 8) заметно отличается.

ю,рад/с

Рис. 8. График скорости главного двигателя

Система ПЧ-АД имеет преимущество в наборе скорости по сравнению с системой асинхронного двигателя с фазным ротором, вследствие чего возможны меньшие просадки

маховика. Также были получены графики момента на валу главного двигателя (рис. 9).

/

/ ' \

/

/

=и Чч*^

Рис. 9. График момента главного двигателя

Сопоставив полученные данные, можно сделать выводы о том что система с преобразователем частоты имеет явные преимущества в целом, так и в частности для системы дозирования энергии. Главные достоинства это: обеспечение регулирования частоты вращения электродвигателя; обеспечение плавного пуска и разгона маховика пресса; снижение потерь при пуске электродвигателя из-за отсутствия разгонных ступений сопротивления и, как следствие, повышение энергоэффективности.

Таким образом при проектировании системы управления с дозированием энергии пресса лучшим выбором будет асинхроный электродвигатель с системой преобразования частоты.

Литература

1. Живов Л.И., Овчинников А.Г., Складчиков Е.Н. Кузнечно-штамповочное оборудование. - М.: Изд-во

МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2006.

2. Гурьев Ю.Т., Плюгачев В.Г. Современное кузнеч-но-штамповое оборудование (кривошипные горячештамповочные прессы). М.: Машиностроение, 1984.

3. Складчиков Е.Н, Овсянников В.В. Частотное управление приводом кривошипных прессов // Наука и образование. -2008. -№1.

4. Выбор типа привода мехатронного модуля робототехнического штамповочного комплекса [Текст] / А. М. Литвиненко, А. В. Кузовкин, Г. В. Воскресенский, А. О. Богданов // Вестник Воронежского государственного технического университета. - 2012. - Т. 8. - № 3. - С. 82-84.

Воронежский государственный технический университет

Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС»

AUTOMATION OF CHANGES SPEED MOVING PARTS OF PRESSES WITH THE DOSAGE OF ENERGY

A.M. Litvinenko, A.O. Bogdanov, U.I. Eremenko

The article discusses a system of dosage of energy for crank press. Method for changing the speed of moving parts, based on a load. This requires the creation of a control system, as well as the right choice of main motor press

Key words: asynchronous motor, crank press, wound rotor motor, frequency converter