Расчёт вертикального подьёма тележки

fy">     Номинальный момент на валу двигателя:

     

     

 

     Расчетный момент для выбора соединительной муфты: 

     

     где

            - номинальный момент, передаваемый муфтой;

             к₁ – коэффициент, учитывающий степень ответственности механизма,    к₁ = 1,3;

             к₂ - коэффициент, учитывающий режим работы механизма, к₂ = 1,2. 

     

 

     Выбираем ближайшую по требуемому крутящему моменту упругую втулочно-пальцевую муфту № 1 с тормозным шкивом диаметром D_т = 200 мм и наибольшим передаваемым крутящим моментом 500 Н∙м.

     Момент  инерции муфты I_м = 0,125 кг∙м². Момент инерции ротора двигателя и муфты I =I_р+ I_м =0,115+0,125 = 0,24 кг∙м². 

     Средний пусковой момент двигателя:

     

     где

            ψ_max – Т_max / Т_ном – максимальная кратность пускового момента электродвигателя: ;

            ψ_min – минимальная кратность пускового момента электродвигателя, ψ_min = 1,4;

     

 

     Время пуска при подъеме груза:

     

;

     

 

     Фактическая частота вращения барабана:

     

 

     

 

     Фактическая скорость подъема груза:

     

     

 

     Эта скорость отличается от ближайшего значения 0,2 м/с из стандартного ряда на 7%, что допустимо. 

     Ускорение при пуске:

     

;

     

. 

     Средняя высота подъема груза составляет 0,5…0,8 номинальной высоты

     H = 6м. Примем Н_ср = 0,8Н = 0,8∙6 = 4,8м.

     Тогда время установившегося движения

     

     

 

     Сумма времени пуска при подъеме  и опускании груза за цикл работы механизма  ∑t_П = 0,86 + 5∙0,43 + 1∙0,172 + 3∙0,043 + 0,2 + 5∙0,1 + 1∙0,04 + 3∙0,01 =  = 3,881 с.

     Общее время включений двигателя за цикл ∑t = 2(1+5+1+3)t_у + ∑t_П = 2∙10∙24+3,881 = 483,88 с.

     Среднеквадратичный  момент: 

     

     

.

     Среднеквадратичная  мощность двигателя:

     

     

. 

     Условие Р_ср < Р_ном соблюдается 4,4кВт < 9 кВТ.

     Момент  статического сопротивления на валу двигателя при торможении механизма :

     

     

 

     Необходимый по нормам Госгортехнадзора момент, развиваемый тормозом, при k_Т = 1,75 для среднего режима работы Т_Т = 74,9∙1,75 = 131,075 Н∙м.

     Выбираем тормоз ТКТ-300/200 с тормозным моментом 240 Н∙м, диаметром тормозного шкива D_Т = 300 мм. Регулировкой можно получить требуемый тормозной момент Т_Т = 131,075 Н∙м. 

     Время торможения при опускании груза:

     

     

 

     Из  табл. 1.22[1] для среднего режима работы находим путь торможения механизма подъема груза:

     

     

 

     Время торможения в предположении, что скорости подъема и опускания груза одинаковы, то :

     

     

 

     Замедление  при торможении:

     

     

 

 

      3 Выбор датчика положения 

     В связи с тем, что разрабатываемое мехатронное устройство предназначено для учебных и исследовательских целей, то целесообразно реализовать дублирующую схему датчиков положения. Для этого необходимо выбрать датчик непосредственного линейного положения/перемещения, а так  же датчик вращения винта.

     Выбирая датчик, прежде всего, необходимо правильно  определить приоритеты по следующим  критериям:

     - разрешение и точность;

     - линейность;

     - скорость измеряемого процесса;

     - условия применения и класс  защиты;

     - надежность;

     - габаритные размеры; 

     - малая стоимость.

     Теперь  необходимо учесть, что датчик может  определять абсолютное или относительное  положение контролируемого объекта. Исходя из этого, существуют два основных метода определения положения и  измерения перемещений.

     В первом методе датчик вырабатывает сигнал, являющийся функцией положения одной из его частей, связанных с подвижным объектом, а изменения этого сигнала отражают перемещение. Такие датчики положения называются абсолютными. К ним относятся:

     - резистивные (потенциометрические)  датчики;

     - индуктивные датчики с подвижным сердечником;

     - емкостные датчики с подвижными  обкладками;

     - цифровые кодовые датчики абсолютных  значений.

     Во  втором методе датчик генерирует единичный  импульс на каждом элементарном перемещении, а положение определяется подсчетом суммы импульсов в зависимости от направления перемещения. Такие датчики положения называются относительными. Достоинством таких датчиков, по сравнению с абсолютными, является простота и низкая стоимость, а недостатком необходимость периодической калибровки и дальнейшей микропроцессорной обработки.

     Датчики также делятся на контактные и  бесконтактные. В бесконтактных датчиках связь между подвижным объектом и датчиком осуществляется посредством магнитного, электромагнитного или электростатического полей, а также оптоэлектронным способом.

     Магнитные датчики применяются для определения скорости вращения, передвижения, положения и угла поворота различных объектов.  Работа магнитных сенсоров основана на пропорциональном изменении выходного напряжения или сопротивления под воздействием внешнего магнитного поля. Многие немагнитные материалы проницаемы для магнитных полей, поэтому возможно измерение, даже если в поле между датчиком и магнитным объектом попадают другие немагнитные материалы.

     Магниторезисторы - это элементы, сопротивление, которых меняется в зависимости от направления силовых линий магнитного поля, пронизывающих магниторезистор. Эти датчики работают только с ферромагнитными мишенями, так как ферромагнитные материалы имеют остаточную намагниченность. Слабая зависимость срабатывания датчика от величины магнитного поля и высокая максимальная частота (до 20 кГц) позволяют использовать эти датчики для измерения скорости вращения валов и шестерен. Модификации датчика с двумя выходными сигналами, сдвинутыми по фазе на 90 град. друг относительно друга, позволяют определить направление движения.

     Также как и магниторезистивные, датчики  на основе эффекта Холла предназначены  для регистрации быстродвижущихся мишеней из ферромагнитных материалов. Помимо высокой скорости регистрации (до 20 кГц), эти датчики имеют увеличенную дистанцию срабатывания (до 2,5 мм), и расширенный температурный диапазон работы (от -40 до +120 град. С).

     Магнитный энкодер - этот датчик угла поворота вала, который определяется при помощи магнитного ротора, закрепляемого на вращающемся валу. Эти датчики можно использовать вместо вращающихся трансформаторов, как бесконтактные потенциометры, или как определители положения вала в системах позиционирования.

     Также существуют магнитные датчики линейных перемещений объекта. Линейка из ферромагнитного материала, имеющая магнитные полюса, крепится на подвижный объект. Над ней на расстоянии крепится магнитный датчик. При перемещении линейки вдоль датчика, последний вырабатывает импульсы на своих выходах.

       Исходя из вышеприведенных рассуждений, можно сделать вывод, что для разрабатываемой системы управления целесообразно применение бесконтактных датчиков. В соответствии с приведенными принципами работы выбираем в качестве датчиков открытия технологических люков, конченых положений, наличия подносов – индуктивные бесконтактные датчики ВК А2-41-N-2-250-инд-НТ. Структурная схема, основные технические характеристики и схема включения выбранного датчика представлена в таблице 3.1 

     Таблица 3.1 - Бесконтактные датчики.

 

     Продолжение таблицы 3.1

 
 

       Также будет использован инкрементный датчик WDG58E обладающий следующими характеристиками: