ВЫБОР МОЩНОСТИ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ СТАНКА

Правильное определение мощности электродвигателей металлорежущих стан­ков имеет большое значение. Если мощность электродвигателя недостаточна, то станок не полностью использован и при перегрузках электродвигатель может вый­ти из строя. Слишком большая мощность электродвигателя влечет за собой систе­матическую его недогрузку, а значит, неполное использование электродвигателя, работу его с низким КПД и низким коэффициентом мощности (у асинхронных двигателей).

При работе электродвигатель нагревается. Нагревание происходит путем пре­образования в теплоту той части энергии, которая выделяется в процессе преобра­зования электрической энергии в механическую. Часть подводимой к электродви­гателю мощности расходуется на нагревание обмоток и магнитопровода, другая (значительно меньшая) - на трение в подшипниках. Потеря мощности равна разно­сти мощности, потребляемой из сети, и полезной мощности на валу электродвига­теля. Потеря мощности на нагревание обмоток, пропорциональные квадрату силы тока, называют переменными. Остальные потери условно называют постоянными.

Допустимый нагрев электродвигателя определяется наименее теплостойким материалом конструкции электродвигателя. Таким материалом является изоляция его обмотки.

В отечественных электродвигателях основное применение получала изоляция класса А (хлопчатобумажная изоляция, пропитанная изолирующими составами). Она допускает максимальную температуру нагревания 105°С, однако из-за трудно-

сти измерения максимальной температуры обмотки допускают наибольший нагрев 95 °С при измерении термометром и 100°С при измерении по методу сопротивле­ния.

Определение мощности электродвигателя при постоянной продолжи­тельной нагрузке. Продолжительный режим характеризуется длительным вклю­чением электродвигателя с постоянной или переменной по величине нагрузкой. При продолжительном режиме работы с постоянной нагрузкой температура элек­тродвигателя успевает достичь своего установившегося значения. Этот режим на­блюдается у электродвигателей крупных токарных, карусельных, расточных, зубо-фрезерных и других станков с большой продолжительностью машинного времени отдельных переходов.

Номинальная мощность электродвигателя, работающего в продолжительном режиме с постоянной нагрузкой, должна равняться мощности, необходимой для работы станка. Практически электродвигателя с номинальной мощностью, точно совпадающей с требуемой, в каталоге обычно нет, поэтому подбирают электродви­гатель с ближайшей большей мощностью.

При известных наибольшей возможной главной составляющей силы резания P_z (вертикальной силе резания при точении), окружной силе на фрезе при фрезеро­вании, силе в направлении резания при строгании, протягивании и т.д. и скорости резания v мощность резания (эффективная мощность, кВт)

Тогда мощность приводного электродвигателя с учетом потерь в механиче­ских передачах станка

где т/ - КПД механическихпередач станка.

Определение мощности электродвигателя при кратковременной нагруз­ке. Кратковременный режим работы характеризуется нагрузкой в течение малого промежутка времени, за который температура электродвигателя не успевает дос­тичь установившегося значения. Это объясняется тем, что периоды нагрузки чере­дуются с длительными периодами остановки, во время которых температура элек­тродвигателя снижается и достигает температуры окружающей среды. Этот режим работы встречается у вспомогательных приводов станков, например, приводов бы­строго перемещения суппортов. Поперечин, бабок, приводов зажима и т.д.

Обычно продолжительность работы таких приводов не превышает 5-15с, а у крупных станков может доходить до 1-1,5 мин. За это время при перегрузке в до­пустимых пределах электродвигатель не успевает нагреться даже до температуры нормального перегрева. Номинальная мощность электродвигателя в данном случае определяется условиями перегрузки. В окончательном виде формула для подсчета номинальной мощности электродвигателя имеет вид

где G - сила тяжести (вес) движущегосяэлемента станка, Н(кгс); ju - коэффициент трения движения; v - скорость перемещения, м/мин; г/ - КПД передачи от электро­двигателя до движущегося элемента; Л - коэффициент перегрузки. Момент сопротивления при трогании с места

 

где ju₀- коэффициент трения покоя; п₀ - частота вращения вала электродвигателя при холостом ходе, об/мин; з„ - скольжение электродвигателя.

Чтобы выбрать электродвигатель, необходимо определить N_H и М_с. Затем по найденному значению N_H, используя каталог, подобрать электродвигатель, для ко­торого определить пусковой момент М_п и сопоставить его с вычисленным М_с. Если М_П>М_С, то электродвигатель выбран правильно.

Определение мощности электродвигателя при переменной продолжительно нагрузке. Продолжительный режим работы с переменной по величине нагрузкой встречается у станков, имеющих муфту включения (выключения) в цепи главного движения, на которых обрабатывают однотипные детали, а также у многих стан­ков, работающих в автоматических линиях. Электродвигатель в этих станках вра­щается непрерывно. Периоды резания чередуются с холостыми ходами станка, во время которых подводится и отводится инструмент и сменяются заготовки. В связи с этим каждому переходу обработки детали соответствует определенная мощность на валу электродвигателя.

Электродвигатели, применяемые для привода станков, нормированы по про­должительному режиму работы; поэтому для определения необходимой мощности электродвигателя надо найти такой продолжительный режим постоянной по вели­чине нагрузки, который по нагреванию электродвигателя был бы эквивалентен данному режиму прерывистой нагрузки.

Не рассматривая подробно все методы выбора мощности электродвигателя при переменной продолжительной нагрузке, заметим только, что мощность элек­тродвигателя при такой нагрузке можно выбирать методами средних потерь, экви­валентных тока, момента и мощности.

Определение мощности электродвигателя при повторно-кратковремен­ной нагрузке. Повторно-кратковременный режим работы электродвигателя харак­теризуется короткими периодами нагрузки, за которые которые температура элек­тродвигателя не успевает достичь установившегося значения, а за время кратко­временных отключений электродвигателя от сети он не успевает охладиться до температуры окружающей среды. При таком режиме перегрев электродвигателя изменяется по пилообразной ломанной линии, состоящей из чередующихся отрез­ков кривых нагревания и охлаждения. Этот режим наиболее характерен для приво­дов большинства металлорежущих станков. Время одного цикла не должно пре­вышать 10 мин. Мощность электродвигателя, работающего в повторно-кратковре­менном режиме, наиболее удобно определять по методу средних потерь.