电机与拖动课程设计工作台自动往返循环控制Word文档下载推荐.docx

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1.2设计目的.......................................................................................................................................1

1.3设计任务及要求.......................................................................................................................1

1.4设计指导.........................................................................................................................................2

2工作台往返循环电机拖动系统...................................................................................................3

2.1拖动系统的机械运动示意图..............................................................................................3

2.2拖动系统的工作原理..............................................................................................................3

3电动机及其他电气元件的选择...................................................................................................4

3.1电动机容量的选择......................................................................................................................4

3.1.1电动机额定功率的选择.................................................................................................4

3.1.2负载转矩的测量...............................................................................................................4

3.1.3电动机类型的选择..........................................................................................................5

3.1.4电动机电压的选择..........................................................................................................5

3.1.5电动机转速的选择.............................................................................................................6

3.1.6电动机外形结构的选择...................................................................................................6

3.1.7电动机工作制的选择......................................................................................................7

3.1.8电动机型号的选择...........................................................................................................8

3.2电动机的校验.................................................................................................................................9

3.2.1电动机的起动校验............................................................................................................9

3.2.2电动机的过载校验...........................................................................................................10

3.2.3电动机的稳定运行校验.................................................................................................10

3.2.4电动机的发热校验............................................................................................................10

3.3其他电气元件的选择....................................................................................................................12

3.3.1接触器的选用..........................................................................................................................12

3.3.2继电器的选用..........................................................................................................................12

4系统电路图设计.......................................................................................................................................14

4.1主电路的设计...................................................................................................................................14

4.1.1主电路设计分析...................................................................................................................14

4.2控制电路设计...................................................................................................................................15

4.2.1控制电路设计分析..............................................................................................................15

4.2.2控制电路电路图及原理...................................................................................................15

结论........................................................................................................................................................................20

参考文献............................................................................................................................................................21

1绪论

1.1设计背景

传统制造业使用大量人力进行加工的模式在现在成本费用不断提高的今天，面临巨大的压力。

国际竞争的高压力，自动化技术日益被制造业接受。

随着市场竞争的日趋激烈和能源成本的逐步上扬，广大机器设备生产商和工业最终用户在自动化应用、能效管理等方面的意识和要求正在逐步提升，对信息化和自动化的紧密结合提出了更高的要求。

如何利用行业创新技术和成功应用经验，帮助企业自身提升信息化协同、运营维护管理能力和实现能效优化是广大自动化企业的使命。

随着计算机技术、无线技术、现场总线技术、工业以太网技术、IT技术、机器人技术，传感器技术以及安全技术等科学技术的不断发展与创新，工厂自动化发展到了新阶段，不断增加的功能集成提升了所有驱动技术中集散的智能化，保证这些设备在初次连接时能得到恰如其分的使用，并在系统中充分地发挥各自的优势。

工作台往返循环电机拖动系统在现在工业中常用于机床、物流分拣等领域，此系统的应用大大提高了工业运作的效率，节省了大量的人力物力，实现了工业生产的现代化。

1.2设计目的

在实际生产中,有些生产机械的工作台需要自动往复运动,并且有的还要求在两终端要有一定时间的停留,以满足生产工艺要求。

在机床电气设备中，有些是通过工作台自动往复循环控制的，例如万能铣床，龙门刨床的工作台上下、前后、左右的运动等。

这些生产机械运动部件的行程或位置要受到限制，或者需要其运动部件在一定范围内自动往返循环等。

这些都要让我们会正确识别、选用安装、使用行程开关，熟悉电动机位置控制、自动往返控制电路的构成和工作原理。

会安装与检测电动机位置控制和自动往返控制线路。

还要让我们学会运用机械设计与制造的知识，正确选择工作台的传动装置、支撑部分，另外机床工作台系统的材料也要合理的选择以符合工程力学。

电动机的正反转是实现工作台自动往复循环的基本环节。

1.3设计任务及要求

1）设计一个电气原件的工作台自动往返循环控制线路

2）工作台循环工作电机应可靠起动、运转、停止

3）工作台往返工作既可实现手动也可满足自动

1.4设计指导

查阅资料理解工作台的往返循环工作的原理及结构。

为简化设计过程，工作台驱动电机可自行选择，但选择电机后需要进行校验（如类型、容量、起动能力、过载能力、温升及工作制等），对题目未知的参数可根据类似产品的说明书或电气工程手册查询。

工作台自动往返循环控制线路，包括主接线和控制线路。

控制线路需要选择相应的电气元件，电气元件的选择应符合供电要求。

2工作台往返循环电机拖动系统

2.1拖动系统的机械运动示意图

工作台往返循环电机拖动系统是由电动机通过齿轮带动工作台在规定的区域内左右平移，并能实现手动和自动控制的一个系统。

图中SQ1、SQ2分别为位置行程开关；

SQ3、SQ4为极限位置开关；

SB1、SB2和SB3分别为停止、正转和反转起动按钮。

具体模型如图2-1。

图2-1工作台往返循环电机拖动系统

2.2拖动系统的工作原理

当工作台挡板停在行程开关SQ1和SQ2之间任意位置时，可以通过启动开关使电动机带动工作台运行。

例如按下开关SB1，电动机正转，带动工作台向左进。

或按下开关SB2,电动机反转，带动工作台右进。

当工作台到达终点左往行程开关SQ1时候，需通过控制，使电动机停转；

同时通过开关键变化，使电动机反转，拖动工作台向右移动；

并未下次正转做准备。

当电机反转拖动工作台向右移动到一定位置时，挡块2碰到行程开关SQ2，通过控制，使电动机停转；

同时通过开关键变化，使电动机再次开始正转。

如此反复循环，使工作台在预定行程内自动反复往返运动。

3 

电动机及其他电气元件的选择

3.1 

电动机容量的选择

3.1.1电动机额定功率的选择

电动机的额定功率的选择，一般主要考虑电机的容量应大于它所拖动的机械设备的轴功率。

电动机额定功率过大，电动机就经常处于轻载运行，电动机本身的容量得不到充分发挥，同时电动机运行效率低、性能不好，都会增加运行费用；

电动机额定功率比生产机械要求的小，电动机电流超过额定电流，电机内损耗加大，效率降低是小事，重要的是影响电机的寿命，即使过载不多，电动机的寿命也会减少较多；

过载较多，会破坏电机绝缘材料的绝缘性能甚至烧毁。

因此，应使所选电动机的额定功率等于或稍大于生产机械所需要的功率。

具体方法有以下几种：

（1）类比法。

通过调研，参照同类生产机械来决定电动机的额定功率。

（2）统计法。

经统计分析从中找出电动机的额定功率与生产机械主要参数之间的计算公式，按此公式计算出电动机的额定功率。

（3）实验法。

用一台同类型或相近类型的生产机械进行实验，测出所需功率的大小。

（1）、

（2）、（3）三种方法也可以结合进行。

（4）计算法。

根据电动机的负载情况，从电动机的发热，过载能力和起动能力等方面进行考虑，通过计算法求出所需要的额定功率。

3.1.2 

负载转矩的测量 

因为工作台实现的是平移运动，根据平移作用力折算的等效负载转矩公式见式（3.1）

式3.1

式中：

TL——表示等效负载转矩

Fm——表示平移作用力

m——表示工作台移动速度

t——表示传动效率

——表示电动机角速度

n——表示电动机的转速

假设电动机的重力Gm=20000N，移动速度m=0.4m/s，工作台与导轨之间的摩擦系数0.1，传动机构与图（4）相同，电动机的转速n920r/min，传动效率t0.8。

则，平移作用力

FmGm0.120000N2000N

等效负载转矩

uph´

=

3.1.3电动机类型的选择

选择哪种类型的电动机，一方面要根据生产机械对电动机的机械特性、起动特性性能、调速特性、制动方法和过载能力等方面的要求，对各种类型的电动机进行分析比较；

另一方面在满足上述要求的前提下，还要从节省初期投资，减少运行费用等经济方面进行综合分析，最后将电动机的类型确定下来。

大致可分为以下几种情况：

（1）对起动、制动及调速无特殊要求的一般生产机械,如机床、水泵、风机等，应选用笼型异步电动机。

（2）对需要分级调速的生产机械，如某些机床、电梯等，可选用多速异步电动机。

（3）对起动、制动比较频繁，要求起动、制动转矩大,但对调速性能要求不高，调速范围不宽的生产机械,可选用绕线转子异步电动机。

（4）当生产机械的功率较大又不需要调速时，多采用同步电动机。

（5）对要求调速范围宽、调速平滑、对拖动系统过渡过程有特殊要求的生产机械，可选用他励直流电动机

因为此系统对起动、调速等性能没有特殊要求，所以优先选用电动机类型为三相笼型异步电动机。

3.1.4电动机电压的选择

根据电动机的额定功率和供电电压的情况选择电动机的额定电压。

例如，三相异步电动机的额定电压主要有380V，3000V，6000V和10000V等几种，由于高压电器设备的初期投资和维护费用比低压电器设备贵的多。

一般当电动机额定功率PN≤200kw时，往往选用380V电动机。

因此此系统选用380V三相笼型异步电动机。

3.1.5电动机转速的选择

根据生产机械的转速和传动方式，通过经济技术比较后确定电动机的额定转速。

额定功率相同的电动机，额定转速高时，其体积小，价格低，由于生产机械的转速有一定的要求，电动机转速越高，传动机构的传动比就越大，导致传动机构复杂，增加了设备成本和维修费用。

因此，应综合考虑电动机和生产机械两方面的各种因素后再确定较为合理的电动机额定转速。

对连续运转的生产机械，可从设备初投资，占地面积和运行维护费用等方面考虑，确定几个不同的额定转速，进行比较，最后选定合适的传动比和电动机的额定转速。

经常起动，制动和反转，但过渡过程时间对生产率影响不大的生产机械，主要根据过渡过程能量最小的条件来选择电动机的额定转速。

电动机经常起动，制动和反转，且过渡过程持续时间对生产率影响较大，则主要根据过渡过程时间最短的条件来选择电动机的额定转速。

因此，综合分析电动机和生产机械两方面的各种因素最终确定电动机的额定转速为nN910r/min。

3.1.6电动机外形结构的选择

根据电动机的使用环境选择电动机的外形结构。

电动机的外形结构有几下几种：

（1）开启式。

电动机的定子两侧和端盖上开有很大的通风口，散热性好、价格比较低，但是容易进灰尘、水滴和铁屑等杂物，只能在清洁、干燥的环境中使用。

（2）防护式。

电动机的机座和端盖下方有通风口，散热性比较好，能防止水滴和铁屑等杂物从上方落入电动机内，但是潮气和灰尘仍可进入。

一般用在比较干燥、清洁的环境中。

（3）封闭式。

电动机的机座和端盖上均无通风口，完全是封闭的，外部的潮气和灰尘不易进入电动机，多用于灰尘多、潮湿、有腐蚀性气体、易引起火灾等恶劣环境中。

（4）密封式。

电动机的密封程度高，外部的气体和液体都不能进入电动机的内部，可以浸在液体中使用，如潜水泵电动机。

（5）防爆式。

电动机不但有严密的封闭结构，外壳又有足够的机械轻度。

一旦少量爆炸性气体侵入电动机内部发生爆炸时，电动机外壳能承受爆炸时的压力，火花不会窜到外面以致引起外界气体再爆炸。

适用于有易燃、易爆气体的场所。

如矿井、油库、和煤气站等。

此系统根据电动机的使用环境选择电动机的外形结构为封闭式，这种电动机的机座和端盖上均无通风孔，完全是封闭的，外部的潮气和灰尘不易进入电动机，多用于灰尘多、潮湿、有腐蚀性气体、易引起火灾等恶劣环境中。

3.1.7电动机工作制的选择

电机的工作制表明电机在不同负载下的允许循环时间。

电动机工作制为:

S1~S10;

其中:

（1）S1工作制:

连续工作制，保持在恒定负载下运行至热稳定状态;

简称为S1;

（2）S2工作制:

短时工作制，本工作制简称为S2，随后应标以持续工作时间。

如S2 

60min;

（3）S3工作制:

断续周期工作制，按一系列相同的工作周期运行，每一周期包括一段恒定负载运行时间和一段停机、断能时间。

本工作制简称为S3，随后应标以负载持续率，如S3 

25%;

（4）S4工作制:

包括起动的断续周期工作制。

本工作制简称为S4，随后应标以负载持续率以及折算 

到电机轴上的电机转动惯量JM、负载转动惯量Jext，如S4 

25% 

JM=0.15kg.m2, 

Jext=0.7kg.m2;

（5）S5工作制:

包括电制动的断续周期工作制。

本工作制简称为S5，随后应标以负载持续率以及折算 

到电机轴上的电机转动惯量JM、负载转动惯量Jext，如S5 

（6）S6工作制:

连续周期工作制。

每一周期包括一段恒定负载运行时间和一段空载运行时间，无停机、断能时间。

本工作制简称为S6，随后应标以负载持续率，如S6 

40%;

（7）其他还有:

S7工作制:

包括电制动的连续周期工作制;

S8工作制:

包括负载-转速相应变化的连续周期工作制;

S9工作制:

负载和转速作非周期变化的连续周期工作制;

S10工作制:

离散恒定负载工作制。

电机可以运行直至热稳定，并认为与S3~S10工作制中的某一工作制等效

因为此系统电动机一旦起动就处于连续工作状态，当电动机电源反接时，电动机转轴不能实现立即反转，存在一小段时间的反转制动，然后又继续工作，如此循环往复，是周期工作制，所以选用包括电制动的连续周期工作制（S7工作制）。

见图3-1

图3-1S7工作制负载功率、电动机输出功率、电动机温度变化图