gototopgototop

Проектировочный расчет привода подъемного звена манипулятора

(Часть 2)

Миронов Матвей Максимович – студент Балтийского государственного технического университета им. Д.Ф. Устинова «ВОЕНМЕХ».

Матвеева Елизавета Сергеевна – студент Балтийского государственного технического университета им. Д.Ф. Устинова «ВОЕНМЕХ».

научный руководитель Савельев Борис Николаевич ­­– кандидат технических наук, доцент Балтийского государственного технического университета им. Д.Ф. Устинова «ВОЕНМЕХ».

Аннотация: Работа посвящена проектировочному расчету привода подъемного звена манипулятора погрузчика. Произведены разработка и моделирование релейно-контакторной схемы управления подъемного звена манипулятора.

Ключевые слова: Релейно-контакторная схема, управление, пуск, торможение, кинематическая схема.

Введение

В первой части статьи [1] были получены данные для выбора двигателя и подходящей к нему аппаратуры (редуктора, контроллера, тормоза, энкодера) из каталога Maxon Motors. Была составлена схема построения привода манипулятора, основанная на этой аппаратуре, а также была составлена функциональная схема для данной сборки.

Для управления электродвигателем также возможно использование наиболее дешевой релейно-контакторной схемы управления. Выполняются разработка и моделирование релейно-контакторной схемы управления подъемного звена манипулятора, в результате чего должны быть подобраны оптимальные характеристики элементов разрабатываемой схемы, реализующие управление звена в соответствии с техническим заданием.

Расчёт пусковых резисторов

Номинальное сопротивление двигателя:

.

(1)

Сопротивление якоря двигателя:

.

(2)

Скорость идеального холостого хода:

. (3)

Коэффициент э.д.с. двигателя:

. (4)

Коэффициент момент двигателя:

. (5)

Электромагнитный момент двигателя при номинальном токе:

. (6)

Номинальный момент на валу двигателя:

. (7)

Момент потерь холостого хода:

.

(8)

По принятому коэффициенту перегрузки k находим значение пускового тока:

.

(9)

Электромагнитный момент, соответствующий пусковому току:

.

(10)

Полное сопротивление цепи якоря в момент пуска:

.

(11)

Принимая число пусковых ступеней m = 2, находим отношение начального пускового тока  к току переключения :

.

(12)

Тогда ток переключения:

.

(13)

Электромагнитный момент, соответствующий току переключения:

.

(14)

Находим полное сопротивление:

.

(15)

Находим сопротивление отдельных секций, включаемых на каждой ступени:

.

(16)

.

(17)

Расчёт тормозных резисторов

Полное сопротивление цепи якоря в момент торможения:

.

(18)

Сопротивление первой ступени торможения:

,

(19)

где  – сопротивление якоря, вычисленное при расчёте пусковых резисторов разгона

.

(20)

Кратность тока при торможении:

.

(21)

Сопротивление второй ступени торможения:

.

(22)

Величины сопротивлений резисторов, выключаемых на каждой ступени:

,

(23)

,

(24)

.

(25)

Разработка математической модели

Расчет динамических параметров кинематической цепи

Момент инерции якоря двигателя:

.

(26)

Для нахождения момента инерции грузового барабана определим ряд геометрических размеров по нижеприведённым формулам.

Расчёт параметров грузового барабана

Шаг канавок:

 = .

(27)

Число витков на барабане лифта:

.

(28)

Число витков на барабане противовеса:

.

(29)

Длина нарезанной части барабана лифта:

.

(30)

Здесь  – число запасных витков.

Длина нарезанной части барабана противовеса:

.

(31)

Полная длина барабана лифта:

.

(32)

Полная длина барабана противовеса:

.

(33)

Введём величину  для учёта моментов инерции блока:

.

(34)

Вес барабана лифта:

,

(35)

.

Вес барабана противовеса:

,

(36)

Вес блоков:

,

(37)

.

Радиус инерции барабана лифта:

.

(38)

Радиус инерции барабана противовеса:

.

(39)

Радиус инерции блоков:

,

(40)

.

Момент инерции барабана лифта:

.

(41)

Момент инерции барабана противовеса:

.

(42)

Коэффициент, с помощью которого мы приведём момент инерции блоков к валу барабана, равен:

.

(43)

Момент инерции блоков:

.

(44)

Момент инерции грузового барабана:

,

(45)

.

Приведенный к валу двигателя момент инерции объекта и ротора электродвигателя при подъеме:

)=536+)=.

(46)

Для вычисления коэффициента вязкого эквивалентного трения , воспользуемся эквивалентным синусным режимом, исходя из которого:

.

(47)

Моделирование привода

С учетом расчетных параметров кинематических цепей и выбором двигателя была построена математическая модель привода с релейно – контакторной схемой управления в среде моделирования Matlab Simulink. Математическая модель в виде структурной схемы приведена на рисунке 1.

Рисунок 1. Линеаризованная структурная схема СУ с ДПТ при релейно-контакторном управлении.

Было проведено моделирование функционирования системы в заданном режиме работы привода манипулятора. Результаты приведены на осциллограммах, представленных на рисунках 2 – 4.

Результаты моделирования

Рисунок 2. Осциллограмма зависимости перемещения подъемника от времени при подъеме.

По осциллограмме на рисунке 2 видно, что подъемник достигает заданной высоты за 1,76 секунды, что удовлетворяет условию .

Рисунок 3. Осциллограмма скорости вращения вала двигателя во время подъема.

По осциллограмме на рисунке 3 видно, что наибольшее значение скорости вращения ротора равно 615 рад/с, что не превышает максимальной скорости по паспортным данным, равной 628 рад/с.

Рисунок 4. Осциллограмма электромагнитного момента двигателя во время подъема.

По осциллограмме на рисунке 4 видно, что наибольший момент двигателя  не превышает максимальную величину, рассчитанную при определении параметров модели: .

Выводы:

Для релейно-контакторной схемы управления подъемного звена манипулятора были получены расчетные данные для математического моделирования привода в пакете Matlab Simulink, результатом которого стало подтверждение верности расчетных данных, которые находятся в пределах допустимых во всех режимах работы двигателя. Также моделирование подтвердило, что груз поднимается за заданное время на заданную высоту, и платформа без груза опускается до исходного положения за заданное время.

Данная схема построения привода манипулятора так же, как и схема, рассмотренная в первой части статьи, приводит к необходимому результату, а также двигатель не перегревается и не выходит из строя.

Список литературы

  1. Яременко А. М., Миронов М. М., Матвеева Е. С., Савельев Б. Н. «Проектировочный расчет привода звена манипулятора», журнал «Научный аспект», 2019, № 2, том 4, 1747 – 1760 с.
  2. С.А. Эсмедляев «Расчёт электропривода подъёмника: Методические указания по курсовому проектированию». — Л.: ЛМИ, 1983. — 59 с.;
  3. Илья Черных «Моделирование электротехнических устройств в MATLAB, SimPowerSistems и Simulink». – Москва.: ДМК Пресс, 2011 – 288 с.;
  4. ГОСТ 3067-88. Канаты стальные типа ТК конструкции 6х19;
  5. Технические таблицы «Таблица коэффициентов трения скольжения» [электронный ресурс]. – Режим доступа: URL: https://tehtab.ru/guide/guidephysics/frication/frictionofslicing.
  6. Герман-Галкин С.Г., Кардонов Г.А. «Электрические Машины. Лабораторные работы на ПК». — СПб.: Корона-принт, 2003 — 256 c.

Интересная статья? Поделись ей с другими:

Внимание, откроется в новом окне. PDFПечатьE-mail