Отправьте статью сегодня! Журнал выйдет 2 августа, печатный экземпляр отправим 6 августа
Опубликовать статью

Молодой учёный

Разработка и расчёт мехатронного узла токарного деревообрабатывающего станка

Технические науки
26.06.2018
226
Поделиться
Библиографическое описание
Филонов, В. В. Разработка и расчёт мехатронного узла токарного деревообрабатывающего станка / В. В. Филонов, Е. К. Карпов. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2018. — № 25 (211). — С. 146-148. — URL: https://moluch.ru/archive/211/51679/.


В статье описана разработка мехатронного узла токарного станка, с возможностью в автоматическом режиме контролировать скорость вращения электродвигателя узла по закону регулировании. Осуществлён выбор подходящих компонентов станка. Обеспечен высокий момент на шпинделе станка. Разработана система выходных параметров.

Ключевые слова: токарный станок, мехатронный узел, электродвигатель, закон регулирования.

Задача разработки данного мехатронного узла для токарного станка заключается в:

‒ увеличение работоспособности всей системы дереобрабатывающего станка.

‒ увеличение момента на шпинделе станка.

‒ осуществление контроля выходных параметров (число оборотов на шпинделе и на валу двигателя).

Данная разработка является модернизацией любого токарного станка, в котором нет мехатронных узлов или подобных систем управления, реализующую схожую задачу.

Работоспособность данной системы проверялась в сборке на стенде. Все вышеперечисленные задачи были реализованы и протестированы. Нужные параметры для станка получились вполне достаточными.

При необходимости есть возможность корректировки, что увеличит точность и надежность системы.

Сначала была решена задача по увеличению момента. Для этого была использована коробка скоростей с понижающей передачей. Это позволило в 15 раз увеличить момент на шпинделе, при этом скорость вращения уменьшилась в 10 раз.

Первая передача — Ременная, с вала двигателя на первый вал коробки скоростей:

(1)

Где (1.1) это формула расчета передаточного отношения ременной передачи. D1 и D2 диаметры шкивов в миллиметрах, ведущее к ведомому соответственно, то есть диаметр шкива двигателя к диаметру шкива на первом валу коробки скоростей. Дальше, идет передача с первого вала коробки скоростей на второй вал через зубчатую передачу.

Передаточное отношение так же рассчитывается по формуле:

,

(2)

где Z1 и Z2 — отношение числа зубьев колеса ведущего к ведомому.

Данная передача также является понижающей.

По результатам расчетов был собран стенд, включающий в себя основные компоненты разрабатываемого мехатронного узла (рис. 1).

Рис. 1. Чертеж стенда: 1- корпус коробки скоростей 2 — вал I и вал II 3 — колеса ременной передачи 4 — асинхронный двигатель 5 — подшипники качения 6 — решетчатое колесо датчика 7 — датчик скорости 8 — микроконтроллер 9 — колеса зубчатой передачи

Двигатель подобран под оптимальную работу стенда. Характеристики используемого двигателя: трехфазный асинхронный двигатель, номинальная мощность Pн=25 Ватт, номинальная частота вращения nн=1300об/мин (обороты в минуту).

В численном передаточные отношения выглядят так:

iрем==

iзп==

Вращательный момент на валу двигателя:

Мдв===0,184 Н*м,

(3)

где Pн — мощность двигателя в ватах, nн — номинальная частота вращения двигателя в оборотах в секунду.

Вращательный момент на валу недостаточен для работы на токарном станке, но подходит для проверки алгоритма управления.

Расчет момента и частоты вращения после всех передаточных отношений.

Частота вращения:

n=nн*iрем*iзп

(4)

n=1300** =130об/мин

Вращательный момент на шпинделе после передаточных отношений:

Мш=

(5)

где J — произведение ременной и зубчатой передачи,

Мш=

Вращательный момент шпинделя в несколько раз выше, момента на валу двигателя, что позволяет выдерживать большую нагрузку без стопорения двигателя.

Система контроля скорости состоит из микроконтроллера Arduino UNO c использованием датчика скорости вращения FC-03.

Данный датчик состоит из светодиода (источника света) и фоторезистора (приемник света). При попадании непрозрачной платины между ними, происходит перекрывание источника света и фототранзистор закрывается. Каждое такое закрытие или открытие происходит из-за вращения решётчатого колеса стоящего на валу шпинделя. Программа микроконтроллера считывает эти закрытия и открытия фоторезистора и переводит их в скорость вращения. [1]

Структурная схема системы автоматического управления (рис.2):

Рис. 2. Структурная схема системы АУ:

1-Объект управления

2-Измерительный прибор

3-Исполнительный механизм

4-Регулирующий орган

Данную систему можно реализовать на любом токарном станке, увеличивая его показатели качества. Установка, сборка и наладка данной системы не занимает много времени и практически не требует особых навыков. Стоимость используемых электрических компонентов не превышает 1500 рублей.

Литература:

  1. Датчик FC-03 // АрудиноКит. URL: arduinokit.ru/catalog/id/datchik-skorosti-vrascheniya (дата обращения: 29.05.2018)
Можно быстро и просто опубликовать свою научную статью в журнале «Молодой Ученый». Сразу предоставляем препринт и справку о публикации.
Опубликовать статью
Ключевые слова
токарный станок
мехатронный узел
электродвигатель
закон регулирования
Молодой учёный №25 (211) июнь 2018 г.
Скачать часть журнала с этой статьей(стр. 146-148):
Часть 2 (стр. 91-189)
Расположение в файле:
стр. 91стр. 146-148стр. 189

Молодой учёный