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西门子伺服电机选型计算.doc

西门子伺服电机选型计算

15*******34@sina.cn
2013-04-20 0人阅读 举报 0 0 0 暂无简介

简介:本文档为《西门子伺服电机选型计算doc》,可适用于高等教育领域

SIEMENSAutomationExpertMeetingXi’An西门子U伺服系统在Ф辊锻机中的应用作者:林丽公司名称:东风锻造有限公司装备部技术组湖北十堰摘要:Ф辊锻机主要完成各类连杆的辊锻工序本文主要介绍了如何利用伺服系统改造其横移动作,并介绍了选型的计算,及其经济效益。主题词:Ф辊锻机伺服系统横移AbstractThispaperintroducesthathowtoachivetheФrollingmachinetransverseusingservesystemIntroducethecalculateoftheselectionthetypeofservemotorKeyWords:Фrollingmachineservesystemtransverse一、项目简介Ф辊锻机主要完成各类连杆件的辊锻,热的坯料往往通过四次辊锻进行成型。以往辊锻机的横移动作是依靠液压系统的进油及机械的反靠动作来实现其精确定位但经过几年运行后液压系统往往会漏油加之反靠档块的损坏会产生定位不准确另外液压系统由于受自然环境温度及设备工作时间的长短的影响会使油温发生变化也会导致横移定位不准确。因此近些年来由于故障造成的废品率居高不下浪费了大量的材料和人力物力。为此对其进行改造势在必行。二、方案选择由于设备的问题是横移不稳定且由此造成了大量的废品所以鄙弃液压系统采用目前定位精度高且动作快的伺服电机进行改造。将横移改为伺服电机的控制这样可避免横移不到位带来的问题同时今后还可方便辊锻模的设计即四道型槽的间距可不相等。目前市场上较普遍的采用西门子和安川的伺服电机而针对我公司实际采用西门子伺服电机的优点:编程方便且目前已有该编程软件及相关的通讯电缆因此可方便今后的维修和备件准备缺点是丝杠的导程小要求的伺服电机的转速高因此对工位件最大的移动距离有限制且西门子伺服电机的价格稍高。采用安川伺服电机的优点:伺服电机价格便宜供货周期短丝杠的导程大要求的伺服电机的转速要求低。缺点是编程困难且无编程软件及相关的通讯电缆位置设定困难。故仍旧采用西门子伺服电机。伺服电机选型⑴工位间距取S=mm⑵轧辊转速为rpm轧辊转圈所需时间为s辊锻模占整个轧辊的比例为()手臂从前一工位移动到后一工位所需时间t=*=s考虑其它动作后将手臂从前一工位移到后一工位所需的时间定为t=s其中加速启动时间ta=s匀速行走时间tb=s减速制动时间tc=sVtatbtct()参加横移的机构总重为kg()手臂横向行走是滚珠丝杠传动丝杠直径dms=mm导程P=mm导套摩擦系数μ=。首先计算电机转子惯量JM初定电机额定转速为n=rpm则角速度ω=πn=(弧度s)因为总行程S=()其中V是匀速行走速度将tc=ta代入公式()得到横向匀速行走速度==(ms)因为丝杠由电机直给当电机以额定转速转动时横向实际行走速度V’=nP=×=(ms)所以转速为可以满足要求。负载惯量()由公式()算出负载惯量JL=×()=×(kgm)允许负载惯量为倍以下即JL<JM则JM>JL=×(kgm)选取西门子伺服电机FKAFAA转子惯量JM为×(kgm)满足以上要求。验算电机额定扭矩和最大输出扭矩⑴首先计算折算到电机轴的负载扭矩TL()其中Tf是导套摩擦折算到电机轴的转矩ηms是滚珠丝杠摩擦折算效率导套摩擦折算到电机轴的转矩()式()中η是传动效率取η=根据公式()算出导套摩擦折算到电机轴的转矩EMBEDEquation滚珠丝杠摩擦折算效率()由公式()算出滚珠丝杠摩擦折算效率那么根据公式()折算到电机轴的负载扭矩TL==(Nm)⑵再计算加减速扭矩TA()根据公式()中tac是加减速时间常数按前面假设tac=ta=ta=s加减速扭矩TA=(Nm)下面计算瞬时最大扭矩:加速时扭矩Ta=TA–TL=–=(Nm)匀速时扭矩Tb=TL=(Nm)减速时扭矩Tc=TATL==(Nm)实效扭矩()由公式()算出实效扭矩Trms==(Nm)所选西门子电机的额定扭矩TM=Nm>Trms故合格伺服电机最大输出扭矩Tmax=Nm实际瞬时最大扭矩Ta=Nm<Tmax×%=Nm故合格。验算加速时间和减速时间加速时间EMBEDEquation=(s)减速时间==(s)加速段行程=**=(m)减速段行程=**=(m)匀速行走时间=()=(s)那么手臂前一工位移到后一工位的实际所需时间t=tatbtc==(s)与前面假设吻合故所选伺服电机型号合适。结论:横向行走可以选用西门子伺服电机FKAFAA额定转速rpm额定扭矩为NM、核算横向最大移动间距⑴工位间距取S=mm⑵轧辊转速为rpm轧辊转圈所需时间为s⑶辊锻模占整个轧辊的比例为⑷手臂从前一工位移动到后一工位所需时间t=*=s将手臂从前一工位移到后一工位所需的时间最长不超过t=s其中加速启动时间ta=s匀速行走时间tb=s减速制动时间tc=sVtatbtct参加横移的机构总重为kg手臂横向行走是滚珠丝杠传动丝杠直径dms=mm导程P=mm导套摩擦系数μ=。工位间距设为S=mm。电机额定转速为n=rpm则角速度ω=πn=(弧度s)因为总行程S=()将tc=ta代入公式()得到横向匀速行走速度==(ms)因为丝杠由电机直给当电机以额定转速转动时横向实际行走速度V’=nP=×=(ms)所以转速为可以满足要求。负载惯量()由公式()算出负载惯量JL=×()=×(kgm)允许负载惯量为倍以下即JL<JM则JM>JL=×(kgm)选取西门子伺服电机FKAFAA转子惯量JM为×(kgm)满足以上要求。、验算电机的额定扭距和最大输出扭距方法同上结果同上。=NmTL=(Nm)再计算加减速扭矩TA()加减速扭矩TA=(Nm)下面计算瞬时最大扭矩:加速时扭矩Ta=TA–TL=–=(Nm)匀速时扭矩Tb=TL=(Nm)减速时扭矩Tc=TATL==(Nm)实效扭矩()由公式()算出实效扭矩Trms==(Nm)所选西门子电机的额定扭矩TM=Nm>Trms故合格伺服电机最大输出扭矩Tmax=Nm实际瞬时最大扭矩Ta=Nm<Tmax×%=Nm故合格。验算加速时间和减速时间加速时间EMBEDEquation=(s)减速时间==(s)加速段行程=**=(m)减速段行程=**=(m)匀速行走时间=()=(s)那么手臂前一工位移到后一工位的实际所需时间t=tatbtc==(s)与前面假设吻合。手臂前一工位移到后一工位的实际最大距离S=SaSbSc==(m)即相邻两道间的最大距离为mm。三、系统构成及功能实现、伺服控制系统对西门子伺服电机可采用A和U两种控制方式进行控制A为模拟式的控制系统控制复杂且需要输入模拟信号故控制复杂U为数字式控制系统控制简单伺服电机的位移可直接用数字显示且控制简单。首先介绍的是伺服驱动模块的外部接线图包括了电机的接线图、及部分控制系统的外部信号的接线图。信号包括有原点、手动按钮、复位及故障报警等信号。U的系统的控制元件采用了SimoComU软件为此首先对硬件组态组态画面如下:其次对机械部分的各个构成进行组态特别是丝杠的导程在实际调试中由于伺服电机的连轴节及原点的位置等原因电机的运行方向与实际的预想方向相反为此在机械部分设定中对设定点的位置值取反以便改变电机的旋转方向。对机械部分要进行设置为减少伺服电机的报警及过载要适当地设置其最大速度及加减速由于伺服电机的最大转速为转分钟故最大转速设定为而加减速通过实际进行调整若加减速转速数值过小则工位间的移动时间变长可能导致在辊锻时未完成横移若加减速转速的数值过大可能导致在加减速过程中伺服电机过载报警在实际调试过程中预先设置为可以正常工作考虑伺服电机工作的稳定性及动作完成的时间故设置为。第三是定义U伺服驱动模块的各个输入点的功能功能如下面的图表所示。主要是设置了找原点、手动前进、手动后退、各个步进块等的输入功能和参考点到位、报警等的输出功能。输入部分:输出部分:最后是要对传送块做定义各个传送块就是横移时伺服电机根据程序设计要求每步以何速度、以何方向所需要走到的位置值的块。每个块前的块号对应程序中的执行的步号。、程序控制本控制系统采用的西门子S系列的PLC考虑其功能要求及经济性采用的CPU是。下图为PLC的接线图:下面对程序中伺服电机控制部分的程序进行说明:上面的程序可以看出当将w##送入QB后就使Q导通了从而使Q导通由于在伺服系统中已经设定了各个输入点对应的程序块所以通过SIMOCUM伺服驱动系统自动选择程序块依次类推将W##送入QB后就使Q导通了从而使Q导通伺服驱动系统自动选择程序块由于W##为进制数所以将该数值送入QB后就使Q导通了伺服驱动系统自动选择程序块W##为进制数所以将该数值送入QB后就使Q导通了伺服驱动系统自动选择程序块。伺服驱动在根据不同的程序块内的数值控制伺服电机运行到不同的位置值从而最终实现全部动作。四、系统的配置及经济价值分析根据上述的计算结果及程序编制现将系统的配置图绘制如下:元件名称订货号数量单位金额电源模块SNABBA块驱动模块SNAABA块参数板SNNHAA块接线端子模块SNNAAA块电机电缆FXCABA根编码器电缆FXCABA根西门子伺服电机FKAFAA台西门子电源模块ESBAAA块西门子S的CPUESADAB块西门子输入模块ESBHAA块西门子输出模块ESBHAA块原来每月的废品总金额达到了元由于故障停工导致的生产效率的降低损失达到了元而每月用于修理液压系统所需的元件费用元。每月总计造成的损失达元。本次改造于今年的月份完成改造后辊锻机基本没有横移故障废品率也大大降低。五、应用体会项目进行当中使用西门子自动化产品的体会:)U使用的SimoComU软件具有编程简单可再线监控伺服系统的工作状态。)U与S的信号连接简单。)西门子伺服电机工作稳定接线便捷固定容易。但由于产品的价格较高维护成本相对较高。FXCABAFXCABA伺服电机FKAFAA输出模块ESBHAA输入模块ESBHAA输入模块ESBHAACPUESADAB电源模块ESBAAA驱动模块SNAABA参数板SNNHAA接线端子模块SNNAAA电源模块SNABBAADServiceSupportunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknown

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