电机与拖动课程设计工作台自动往返系统

《电机与拖动》课程设计

说明书

工作台往返循环电机拖动系统设计

学生姓名 学生学号 学院名称 专业名称 指导教师

信电工程学院 电气工程及其自动化

张旭隆

年

月 日

摘要

随着时代的进步，世界开始进入新技术革命时代。在利用信息的过程中，首先要解决的就是要获取准确可靠的信息，现代工业生产过程中，要用各种自动化设备来监视和控制整个生产过程，使各个设备能够在工作过程中呈现出最佳状态，生产出最好的产品。因此，没有电气自动化的发展，现代化生产也就失去了根基。所以，自动化就是将信息化和工业化一起发展。大力发展电气自动化技术，既可以对传统产业有所帮助，又可以加快信息化的发展，以实现我国电气的全面工业化。因此，自动化作为我国实现工业化和信息化的大政方针，必须成为我国行业的重中之重。目前大中型企业普通采用了先进的自动化系统对生产过程进行控制，但绝大部分小型企业尚未应用自动化系统和产品对生产过程进行控制。因此，自动化在我国的应用潜力远没有得到充分发挥。在自动化生产线上，有些生产机械的工作台需要按一定的顺序实现自动往返运动，并且有的还要求在某些位置有一定的时间停留，以满足生产工艺要求。用自动化系统实现工作台自动往返顺序控制，不仅具有程序设计简单、方便、可靠性高等特点，而且程序设计方法多样，便于不同层次设计人员的理解和掌握。

在本次设计中，通过对工作台自动往返循环系统原理分析，理解工作台的运行过程和其中的制约关系。然后预选出电动机，对电动机的校验最终确定电动机的机型。再对工作台的制约关系，设计电路的主控电路和控制电路，最终完成课程设计。

关键词 自动化；工作台；往返循环控制

目 录

1 绪论 .......................................................................................................................................................... 1 1.1设计背景 ....................................................................................................................................... 1 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 ...................................................................................................................................................................... 18 参考文献 ............................................................................................................................................................ 19

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。

3.3.2继电器的选用

继电器的选择大概可分为以下几种： 1）一般继电器的选用

一般继电器是指具有相同电磁系统的继电器，又称电磁继电器。选用时，除满足继电器线圈电压或线圈电流的要求外，还应按照控制需要分别选用过电流继电器、欠电流继电器、过电压继电器、欠电压继电器中间继电器等。另外电压、电流继电器还有交流、直流之分，选择时也应当注意。 2）时间继电器的选择

时间继电器是压力机控制线路中常用电器之一。它的类型有：电磁式，空气阻尼式，电动式及电子式等。用的较多的是空气阻尼式时间继电器，它的特点是工作可靠，结构简单，延时整定范围较宽（可达0.4s～180s）

时间继电器型式多样，各具特点，选择时应从以下几方面考虑。

(1) 根据控制线路的要求来选择延时方式，即通电延时型或断电延时型。 (2) 根据延时准确度要求和延时时间的长短来选择。 (3) 根据使用场合、工作环境选择合适的时间继电器。 3）热继电器的选择

热继电器的选择应按电动机的工作环境、起动情况、负载性质等因素来考虑。一方面要充分发挥电动机的过载能力，另一方面，对电动机在短时过载与起动瞬间不受影响。

热继电器结构形式的选择。星形连接的电动机可以选择两相或三相结构的热继电器，三角形连接的电动机应当选择带断相保护装置的三相结构热继电器。

热元件选好后，还需根据电动机的额定电流来调整它的整定值。

4 系统电路图设计

4.1主电路的设计

4.1.1主电路设计分析

因为任务要求电动机能实现正反转，所以电动机主电路必须由两个开关来控制两个主电路的通断，且两个电路不能同时接通，另外主电路中应该存在熔断器和热继电器来保护电路，由于两个电路实现电动机的转向不同，所以两个电路连接电动机的相序不同。另外电动机的额定功率比较小，所以采用Y接法。主电路电路图如图4-1。

图4-1 系统主电路图

图中：L1、L2、L3——表示三相380V交流电源

QS——表示电路电源开关 FU1——表示主电路熔断器 KM1——表示电动机正转电路开关 KM2——表示电动机反转电路开关 FR——表示热继电器

当KM1闭合时电动机正转，当KM2闭合时电动机反转。

4.2控制电路设计

4.2.1控制电路设计分析

设计任务要求，当工作台挡铁1从右向左触碰到限位开关SQ1时，电动机从正接变为反接，工作台减速至零，挡铁1停在限位开关SQ1和超限开关SQ3之间，并开始从左向右运动，当挡铁2从左向右触碰到限位开关SQ2时，电动机从反接变为正接，工作台减速至零，挡铁2停在限位开关SQ2和超限开关SQ4之间，并开始从右向左运动。若限位开关SQ1或SQ2失效时，工作台会继续向左或向右运动然后挡铁1或挡铁2会触碰到超限开关SQ3或超限开关SQ4，此时需要电机停止转动排除故障或者让超限开关自行进行校正代替限位开关实现控制功能，人为停止系统停止，并排除故障。本系统选择的是后者。除此之外控制回路应有自己的线路保护，并当主回路温度过高时可以自动使系统停止运行，当启动开关按下时，线路应该有自锁电路使通过电磁继电器线圈的电流保持。停止按钮应该保持常闭，当按下时整个控制回路应该失电。电路要能实现手动和自动控制。

4.2.2控制电路电路图及原理

行程开关是一种将机械信号转换为电气信号，以控制运动部件位置或行程的自动控制电器。而位置控制就是利用生产机械运动部件上的挡铁与位置开关碰撞，使其触头动作，来接通或断开电路，以实现对生产机械运动部件的位置或行程的自动控制。控制电路图见图4-2

图4-2系统控制线路电路图

图中：FU2——表示控制回路熔断器

SB3——表示停止自恢复按钮 SB1——表示正转自恢复按钮 SB2——表示反转自恢复按钮 KM1、KM2——表示电磁继电器线圈 SQ1-1、SQ-1——表示限位开关常闭 SQ1-2、SQ2-2——表示限位开关常开 SQ3-1、SQ4-1——表示超限开关常闭 SQ3-2、SQ4-2——表示超限开关常开 FR——表示热继电器

按下电源开关QS，主电路和控制电路得电，此时按下正转开关SB1，电流经SQ1-1、SQ3-1、KM2辅助常闭开关、KM1电磁线圈，使继电器KM1闭合，则主电路通，电机M正转，KM1辅助常开开关闭合，和SQ1-1、SQ3-1、KM2辅助常闭开关、KM1线圈构成自锁电路，当工作台挡铁1从右向左碰到SQ1时，SQ1-1由闭合变成断开，线圈KM1没有电流通过，继电器KM1断开；同时SQ1-2闭合，电流经过SQ2-1、SQ4-1、KM1辅助常闭开关、KM2线圈，使继电器KM2闭合，KM2辅

助常开开关闭合和SQ2-1、SQ4-1、KM1辅助常闭开关、KM2线圈构成自锁回路，同时主电路另一条电路通道导通，由于电源三相U、V、W中的U相和W相位置互换，电动机反转制动，然后反向旋转，带动工作台从左向右运动。当工作台挡铁2从左向右碰到SQ2时，SQ2-1断开、继电器KM2断开、SQ2-2闭合、继电器KM1闭合，电机正转制动，并带动工作台从右向左运动，如此循环往复。若SQ1或者SQ2失去作用，工作台继续运动，此时SQ3或SQ4将代替SQ1、SQ2的作用实现工作台自动往返循环运动。

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