Учебное пособие: Методические указания рассмотрены и рекомендованы к изданию методическим семинаром кафедры автоматизации и роботизации в машиностроении мсф «15» мая 2010 г

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ
ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ »

Утверждаю

Декан МСФ

Р.И. Дедюх

« » 2010 г.

Рег.№169 от 25.05.2010г.

Д.П. Крауиньш

Автоматизированные приводы

Часть 1

Методические указания к выполнению лабораторных работ по курсу «Автоматизированный электропривод» для студентов IV..V курсов, обучающихся по специальности 151002 «Металлообрабатывающие станки и комплексы» и по направлению 150900 «Технология, оборудование и автоматизация машиностроительных производств», магистерской программы «Динамика и акустика станочных систем» по курсу «Автоматизированные приводы»

Издательство

Томского политехнического университета

2010

УДК 62-8(076)

ББК 31.291я73

К787

Крауиньш Д.П.

К787 Автоматизированные приводы: Методические указания к выполнению лабораторных работ по курсу «Автоматизированный электропривод» для студентов IV…V курса, обучающихся по специальности 151002 «Металлообрабатывающие станки и комплексы» и по направлению 150900 «Технология, оборудование и автоматизация машиностроительных производств», магистерской программы «Динамика и акустика станочных систем» по курсу «Автоматизированные приводы». Часть 1 / Д.П. Крауиньш. – Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2010. – 15 с.

УДК 62-8(076)

ББК 31.291я73

Методические указания рассмотрены и рекомендованы
к изданию методическим семинаром кафедры
автоматизации и роботизации в машиностроении МСФ «15 » мая 2010 г.

Зав. кафедрой АРМ

кандидат технических наук __________С.Е. Буханченко

Председатель учебно-методической

комиссии __________ М.Г. Гольдшмидт

Рецензент

Кандидат технических наук, доцент кафедры АРМ Смайлов С.А.

© ГОУ ВПО «Национальный исследовательский
Томский политехнический университет», 2010
© Крауиньш Д.П., 2010
© Оформление. Издательство Томского
политехнического университета, 2010

Оглавление

Лабораторная работа №1. «Исследование быстрых периодических движений механизмов с помощью контрольно-измерительных устройств». 4

Лабораторная работа №2. «Исследование влияния прогрева двигателя на частоту вращения привода главного движения станка ТПК-125». 6

Лабораторная работа №3. «Чувствительные элементы автоматизированных приводов». 12

Лабораторная работа №1. « Исследование быстрых периодических движений механизмов с помощью контрольно-измерительных устройств».

Цель работы:

1. Ознакомиться с научной аппаратурой для проведения различных исследований.

2. Ознакомиться с необходимыми для автоматизации подготовительными материалами - циклограммами, тарировочными графиками и др.

Теоретическая часть:

Стробоскопический эффект 1) восприятие в условиях прерывистого наблюдения движущегося предмета неподвижным; 2) восприятие быстрой смены изображений отдельных моментов движения тела как непрерывного его движения. Стробоскопический эффект основан на инерции зрения, т.е. сохранения в сознании наблюдателя воспринятого зрительного образа некоторое (малое, обычно около 0,1с) время после того, как вызвавшая образ картина исчезла.

Принцип действия стробоскопического прибора (рис. 1.1) заключается в том, что совершающее периодическое движение тело (рис. 1.2) освещается импульсами света или делается видимым в отдельные, очень малые по сравнению с периодом колебаний (вращения) промежутки времени. При этом если частота f следования импульсов света совпадает с частотой f₁ колебаний тела, то оно кажется движущимся с частотой F=f – f₁ . Если частота импульсов света кратная по отношению к частоте колебаний тела, то количество «видимых» тел зрительно кратно возрастает (см. рис. 1.3 и рис. 1.4).

Главное достоинство стробоскопического прибора – возможность измерять угловые скорости объекта без механического контакта с ним.

Задание:

1. Используя строботахометр типа «ТСт100» и цифровой фототахометр типа «ДТ-2234А» произвести калибровку и настройку различных (визуальных – рис.1.5) элементов задания скорости привода главного движения металлорежущего станка (универсального или станка с ЧПУ).

2. Построить диаграммы (графики) зависимости частоты следования импульсов источника света от «физических» оцифрованных отметок визуализатора (вариатора, потенциометра).

3. Сделать необходимые выводы:

3.1. О работоспособности (правильности настройки) исследуемого привода.

3.2. Каким способом (какими средствами) еще можно контролировать скорость и правильность настройки привода?

3.3. Не изменяя электромеханику органов управления станка (рис.5) предложите техническое устройство, позволяющее изменять скорость привода главного движения по управляющей программе.

Экспериментальная часть:

Контролируем №__ потенциометра токарного станка с ЧПУ ТПК-125.

Строим графики зависимости частоты следования импульсов источника света (строботахометра) и цифрового фототахометра от меток потенциометра.

Перевести положение физических отметок в угловые меры и построить график зависимости частоты вращения шпинделя от углового положения ручки потенциометра – регулировочная характеристика.

Выполняем пункт 3 задания.

Отчет должен содержать:

1. Цель работы.

2. Описание работы.

3. Характеристики, полученные в результате выполнения лабораторной работы.

4. Схему устройства автоматизации с необходимыми пояснениями.

5. Выводы по работе.

Лабораторная работа №2. « Исследование влияния прогрева двигателя на частоту вращения привода главного движения станка ТПК-125».

Цель работы: Определение постоянной времени прогрева двигателя станка при заданном режиме работы (например S 1 ) двигателя.

Инструменты и принадлежности:

· Станок ТПК-125

· Цифровой фототахометр типа «ДТ-2234А»

· Инфракрасный термометр типа « Infrared thermometer Center 350»

· Секундомер (часа)

Порядок работы: поясняется преподавателем

Теоретическая часть:

1. Режимы работы

1.1. Продолжительный режим работы S 1 (рис. 2.1)

Работа машины при неизменной нагрузке Р и потерях Р _v достаточно длительное время для достижения установившейся (неизменной) температуры всех её частей (Θ_max ).

1.2. Кратковременный режим работы S 2 (рис. 2.2)

Работа машины при неизменной нагрузке Р в течение времени Δt_p , недостаточного для достижения всеми частями машины установившейся температуры, после чего следует остановка машины на время, достаточное для охлаждения машины до температуры, не более чем на 2°С превышающей температуру окружающей среды.

Мощность двигателя в кратковременном режиме S 2 ориентировочно можно определить по формуле:

;

где: P _S1 – номинальная мощность двигателя в длительном режиме S 1;

Т – постоянная времени нагрева двигателя.

При этом необходимо соблюдать условие:

.

1.3. Периодический повторно-кратковременный режим работы S 3 (рис. 2.3)

Режим S 3 – последовательность идентичных циклов работы, каждый из которых включает время работы при неизменной нагрузке, за которое машина не нагревается до установившейся температуры, и время стоянки, за которое машина не охлаждается до температуры окружающей среды. При этом потери при пуске не оказывают влияния на температуру частей машины.

Мощность двигателя в повторно-кратковременном режиме ориентировочно можно определить по формуле:

;

где: β ₀ – коэффициент уменьшения теплоотдачи при стоянке двигателя;

К ₀ – отношение потерь холостого хода к потерям при нагрузке;

ПВ – относительная продолжительность включения, %.

1.4. Периодический повторно-кратковременный режим с влиянием пусковых процессов S 4 (рис. 2.4)

Последовательность идентичных режимов работы, каждый из которых включает время пуска Δt _D время работы при постоянной нагрузке Δt _P , за которое двигатель не нагревается до установившейся температуры, и время стоянки Δt _R , за которое двигатель не охлаждается до температуры окружающей среды.

Допустимое число пусков в час двигателя, имеющего динамический момент инерции ротора J _M , кг·м² , работающего в режиме S 4 со статической нагрузкой на валу, определяемой мощностью Р ₂ , кВт, и динамической нагрузкой, определяемой динамическим моментом инерции приводимой машины J _EXT , кг·м² , ориентировочно можно определить по формулам:

; ;

;

;

где: Z₀ – допустимое число пусков в час двигателя без статической и динамической нагрузки на валу;

m_СТ.СР – относительное значение среднего за время разгона статического момента на валу двигателя;

m_Д.СР – относительное значение среднего за время разгона момента вращения двигателя.

Время разгона двигателя Δt_D , с, до номинальной скорости вращения определяется по формуле:

;

1.5. Периодический повторно-кратковременный режим с влиянием пусковых процессов и электрическим торможением S5 (рис. 2.5)

Режим, включающий в себя те же элементы, что и S 4 с дополнительным периодом Δt_F быстрого электрического торможения.

1.6. Перемежающийся режим работы S 6 (рис. 2.6)

Последовательность идентичных циклов, каждый из которых включает время работы Δt_P с постоянной нагрузкой Р и время работы на холостом ходу Δt_V , причём длительность этих периодов такова, что температура двигателя не достигает установившегося значения. Мощность двигателя, работающего в режиме S6, ориентировочно можно определить по формуле:

;

При этом необходимо соблюдать условие:

;

1.7. Периодический перемежающийся режим с влиянием пусковых процессов и электрическим торможением S 7 (рис. 2.7)

Последовательность идентичных циклов, каждый из которых включает достаточно длительное время пуска Δt _D , время работы Δt _P с постоянной нагрузкой и быстрое электрическое торможение Δt _F . Так как режим не содержит пауз, то для него ПВ = 100%.

Если электрическое торможение осуществляется реверсированием, то следует иметь в виду, что один реверс в тепловом отношении эквивалентен трем пускам.

1.8. Периодический перемежающийся режим с периодически изменяющейся частотой вращения S 8 (рис. 2.8)

Это последовательность идентичных циклов, каждый из которых включает время разгона Δt_D , работу Δt _P1 с неизменной нагрузкой и частотой вращения n₁ , электрическое торможение, работу Δt _P2 при другой частоте вращения n₂ и нагрузке, электрическое торможение и т. д.

Принято считать, что технически оптимальным является процесса, когда для заданного ε выполняется условие (см. рис. 2.9)

Время регулирования. Временем регулирования называется время, в течение которого, начиная с момента приложения воздействия на систему, отклонения значений регулируемой величины от ее установившегося значения будут меньше наперед заданного значения ε . Таким образом, время регулирования определяет длительность (быстродействие) переходного процесса.

Отчет должен содержать:

1. Цель работы.

2. Описание работы.

3. Схемы, рисунки и характеристики, полученные в результате выполнения лабораторной работы.

4. Некоторое заключение о работоспособности оборудования.

5. Выводы по работе.

Лабораторная работа №3. «Чувствительные элементы автоматизированных приводов»

Цель работы:

Изучение конструкций и принципов работы датчиков, используемых в различных системах управления автоматизированного привода.

Теоретическая часть:

Датчики (чувствительные элементы) – устройства, воспринимающие изменение контролируемой величины и преобразующие это изменение в выходной сигнал, удобный для дальнейшей обработки в дистанционной передачи.

По характеру получения – сигнала от измеряемой величины датчики разделяют на параметрические , в которых изменение измеряемой величины вызывает изменение какого – либо параметра (например – сопротивления, индуктивности и т.д.) и генераторные , у которых изменение измеряемой величины вызывает генерацию сигнала (появление Э.Д.С., оттока и т.д.).

По функциональной зависимости выходного сигнала от входного, так называемой статической характеристике различают датчики:

– пропорциональные , у которых сигнал на выходе пропорционален измеряемой величине;

– релейные , в которых сигнал на выходе изменяется скачкообразно;

– нелинейные , у которых сигнал на выходе нелинейно зависит от сигнала на входе;

– импульсные , в которых изменение входной величины вызывает появление сигналов (импульсов), сила которых пропорционально;

По виду преобразования сигналов датчики могут быть:

– электроконтактные , где механическая сила преобразуется в электрический сигнал;

– индуктивные , у которых изменение магнитной проницаемости преобразуется в изменение индуктивности;

– фотоэлектрические , в которых световой сигнал преобразуется в электрический;

–тензометрические , в которых механическая сила приводит к изменению сопротивления;

– гидравлические , в которых механические силы преобразуются в электрический сигнал, и т.д.

По назначению датчики можно разделить на:

– путевые и положения (линейного или углового положения);

– скорости;

– ускорения;

– силы (давления) и т.д.

Порядок работы:

– ознакомиться с конкретной конструкцией датчика;

– нарисовать принципиальную схему датчика и описать принцип его работы;

– определить типы датчика (по всем классификационным признакам);

– построить статическую характеристику датчика (теоретическую);

– указать область применения исследуемого датчика.

Отчет должен содержать:

1. Цель работы.

2. Описание каждого датчика.

3. Тип каждого датчика согласно классификации.

4. Теоретическую и (или) другую характеристики рассматриваемых (исследуемых) датчиков.

5. Область применения каждого из рассматриваемых датчиков.

6. Выводы по работе.

ЛИТЕРАТУРА

1. Ан Ж. и др. Датчики измерительных систем: В 2-х кн. – М.: Мир, 1992.

2. Винарский М.С., Лурье М.В. Планирование эксперимента в технологических исследованиях. – Киев: Техника, 1975. – 198с.

3. Головенков С.Н., Сироткин С.В. Основы автоматики и автоматического регулирования станков с программным управлением. Учеб. Для машиностроительных техникумов. М. Машиностроение. 1988. – 288 с.

4. Жданкин В. Ультразвуковые датчики для систем управления. / Журнал «Современные технологии автоматизации» №4 2003. – с.48…62.

5. Лившиц В.И. Измерительные преобразователи перемещений в станках с ЧПУ. Учеб. Пособие. Томск, Из-во ТПИ, 1980. – 88 с.

6. Миловзоров В.П. Элементы информационных систем. – М.: Высш. шк., 1989.

7. Мозоляк Е. Индуктивные датчики положения фирмы «Pepperl+Fuchs». / Журнал «Современные технологии автоматизации» №3 2003. – с.6…20.

8. Пустыльник Е.И. Статические методы анализа и обработки наблюдений. – М.: Наука, 1968. – 288с.

9. Терган В.С. Основы автоматизации производственных процессов в приборостроении. Учебн. М.: Высш. Школа. 1978. – 223 с.

10. Физический энциклопедический словарь/Гл.ред. А.М. Прохоров. Ред.Кол. Д.М. Алексеев, А.М. Бонч-Бруевич, А.С. Боровик-Романов и др. – М.: Сов.энциклопедия, 1983. – 928с., ил.

Учебное издание

Крауиньш Дмитрий Петрович

Автоматизированные приводы

Часть 1

Методические указания к выполнению лабораторных работ

по курсу «Автоматизированный электропривод» для студентов IV…V курсов, обучающихся по специальности 151002 «Металлообрабатывающие станки и комплексы» и по направлению 150900 «Технология, оборудование и автоматизация машиностроительных производств», магистерской программы «Динамика и акустика станочных систем» по курсу «Автоматизированные приводы»

Отпечатано в Издательстве ТПУ в полном соответствии

с качеством предоставленного оригинал-макета