26.2.1. Общие положения

Автоматизация рабочего цикла механизмов циклического действия упрощает работу оператора, но влечет за собой повышение требований к электроприводу и его усложнению. Несмотря на большое разнообразие механизмов циклического действия, все они относятся к классу позиционных механизмов и имеют однотипный цикл, перемещение рабочего органа машины из исходной позиции в заданную с требуемой точностью.

По постановке задачи автоматизации по [4-12] такие механизмы делят на две группы. К первой группе относятся позиционные механизмы (например, лифты), которые в процессе работы должны занимать конечное число фиксированных положений. Конкретные циклы по исходным данным (длительность периодов работы и пауз, его загрузки и др.) могут отличаться друг от друга.

Однако в технологическом отношении все циклы однотипны и состоят из одних и тех же этапов работы электропривода: пуск из фиксированной исходной позиции, перемещение механизма на заданное расстояние, торможение и установка рабочего органа в заданную фиксированную позицию с требуемой точностью. Такую автоматизацию называют цикловой.

Ко второй группе по условию автоматизации относят механизмы для обслуживания любой точки в рабочей зоне пространства, плоскости или линии. В этом случае требуется непрерывное управление положением механизма. Такая автоматизация называется позиционной.

Ниже будут рассмотрены вопросы цикловой автоматизации. Основное внимание в этом случае уделяется вопросам обеспечения требуемой точности остановки рабочего органа механизма.

26.2.2. Определение точности остановки производственных механизмов

Точная остановка электропривода требуется для многих машин и механизмов, например, для кранов штабелеров, лифтов, строгальных станков и др.

Под точностью остановки ΔS понимается отклонение пройденного пути при торможении от заданного значения S₀ (рис. 26.1):

(26.1)

П

Рис.26.1. К анализу процесса точной остановки

При подходе рабочего органа к ДТО он срабатывает и воздействует на аппаратуру, дающую импульс на отключение электродвигателя и включение механического тормоза. В промежутке времени t между срабатыванием датчика и наложением механического тормоза, механизм будет двигаться в режиме свободного выбега. Ввиду краткого промежутка времени можно полагать, что скорость останется примерно постоянной. Путь S' пройденный при этом определяется по формуле:

(26.2)

где: - суммарное время работы аппаратов, с;V_нач - скорость начала торможения, м/с.

Далее начинается торможение производственного механизма. При этом кинетическая энергия, запасенная в движущихся частях механизма, расходуется на совершение работы по преодолению сил сопротивления на пути S”. Следовательно,

, отсюда

(26.3)

где: m - приведенная к поступательному движению рабочего органа (например, кабины лифта) масса всех движущихся частей механизма; F_ст, F_т - статические и тормозные усилия, приведенные к скорости движения рабочего органа.

Путь, пройденный рабочим органом с момента воздействия на датчик точной остановки до полной остановки.

(26.4)

где:

При приведении исходных данных к валу двигателя уравнение (26.4) примет вид:

(26.5)

где: ω_нач - начальная угловая скорость двигателя; D - диаметр шкива, колеса и т.д. в м; J_пр - момент инерции, приведенный к валу двигателя; М_дин=М_т+М_ст - динамический момент, приведенный к валу двигателя.

Если выразить в (26.4) наибольшее и наименьшее значения переменных через их средние значения V₀, t₀, m₀, F₀, ω₀, М_дин и максимальные отклонения переменных ΔV₀, Δt₀, Δm, ΔF и подставить эти выражения в формулы (26.1), то при решении этого уравнения, при пренебрежении произведениями и квадратами относительных величин которые всегда значительно меньше единицы, получим следующие расчетные соотношения:

(26.6)

или(26.7)

где: - среднее значение скорости и времени и т.д.;- наибольшее отклонение скорости, массы от среднего значения.

Анализ полученных выражений показывает, что точность остановки тем хуже, чем больше относительные отклонения всех переменных, от которых она зависит. Рассмотрим влияние каждой переменной. Среднее время срабатывания аппаратуры и разброс этого времени приводится в справочной литературе. При расчетах принимают .

Параметры m₀ и - зависят от конструктивных и технологических особенностей, например, для крана штабелера m и F изменяются в зависимости от его загрузки. Изменения этих параметров являются заданными. В наибольшей степени неточность остановки зависит от скорости, т.к. среднее значение тормозного пути пропорционально квадрату скорости. Отклонение скорости от среднего значения (рис.26.2), зависит от жесткости характеристик привода, от величины изменения статического момента (силы) от изменения напряжение сети и от других факторов. Основными факторами, влияющими на точность остановки, являются: изменение нагрузки, а, следовательно, массы и силы сопротивления, скорость начала торможения и ее отклонение от среднего при работе в различных режимах, разброс в

Рис.26.2. Пределы изменения скорости механизма передвижения крана штабелера при движении с грузом и без него, а также при изменении напряжения

Однако при проектировании часто приходится решать обратную задачу определения средней скорости начала остановкиV₀ по допустимой точности остановки ΔS_доп. Расчет производится по одной из выше указанных формул. Отрицательный корень квадратного уравнения опускается из физических соображений.

Значение при этом принимается от 0,02 до 0,35 в зависимости от вида электропривода и механизма. Например, для двухскоростных асинхронных двигателей=0,1...0,35.

Для электропривода с автоматическим регулирование по системе ТП-Д или ПЧ-АД в зависимости от диапазона регулирования и величины изменения нагрузки.

26.2.3. Схемы автоматического регулирования положения при точной остановке

Повышение требований к точности остановки производственных механизмов, с одной стороны, и совершенствование техники управления электроприводами – с другой стороны, привели к использованию систем автоматического регулирования положения рабочего механизма по отклонению от уровня точной остановки. При этом процесс точной остановки протекает в два этапа. На первом этапе происходит замедление электропривода от рабочей скорости до пониженной. На втором этапе рабочий орган механизма входит в зону автоматического контроля положения, и система регулирования устанавливает его в заданную позицию с требуемой точностью.

В настоящее время, в основном, применяются системы непрерывного контроля положения.

При такой системе с индуктивными датчиками (рис.26.3) напряжение , где- напряжение на выходе выпрямителейи, соответственно, зависящее от индуктивного сопротивления датчикови.

Рис.26.3. Схема непрерывного контроля положения (а); диаграммы напряжений устройства (б) и регулятора положения (в)

Диаграмма напряжений выхода устройства точной остановки и регулятора положения приведены на рис.26.3(б,в).

Если оба датчика не зашунтированы скобой, установленной в зоне точной остановки, потенциалы равны максимальному значению, а их разницаравна нулю, а, следовательно,U_БТ=0. При вхождении датчика в зону скобы (при движении лифта вверх) его входное напряжениеснижается, авозрастает до максимальной величины и остается таковой до похода к скобе датчика, после чего снижается напряжениеи соответственно. Когда скобой зашунтированы оба датчика, напряжениеопять будет равно нулю. При движении кабины вверх датчиквыходит из зоны действия скобы, его выходное напряжение возрастает, а также возрастает напряжение, но уже с другим знаком. При выходе из зоны действия скобы датчикаего напряжение возрастает, а общее напряжениеуменьшается.

При подходе лифта (тележки) в зону точной остановки отключается задатчик скорости и включается регулятор положения с помощью контакта К1. Если шунт при торможении встанет между датчиками выходное напряжение будет равняться нулю. Если пол кабины выше этажной площадки, сопротивление датчика уменьшится и положительное напряжение появится в точке 2. Лифт передвинется вниз до средней точки. В средней точке напряжение задатчика положения равно нулю.