【正文】 ............. 11 驅(qū)動電動機的選擇與設計 .......................................... 11 驅(qū)動電動機的選擇與設計 ...................................... 11 實現(xiàn)直線運動和旋轉(zhuǎn)運動的驅(qū)動電動機的選型與設計 .............. 11 減速箱的選擇 ................................................ 14 電動機的校核 ................................................ 15 其他四軸的驅(qū)動電動機的選擇和減速箱的選擇 .................... 15 實現(xiàn)包帶頭旋轉(zhuǎn)運動的驅(qū)動電動機的選型與設計 .................. 15 本章小結 ........................................................ 17 第 4 章 電氣系統(tǒng)的設計 ................................................. 18 變頻器的介紹 .................................................... 18 矢量控制 .................................................... 19 變頻器的制動 ................................................ 20 關于提高制動能力 ............................................ 20 變頻器的選擇 ................................................ 21 驅(qū)動器的介紹 .................................................... 22 斷路器 .......................................................... 22 變壓器 .......................................................... 23 結論 .................................................................. 28 參考文獻 .............................................................. 29 附錄 .................................................................. 30 致謝 .................................................................. 37 包帶機電氣系統(tǒng)設計 第 1 章 緒論 課題背景 包帶機的介紹及其背景 21 世紀初期 20年是我國進行全面建設小康社會的重要歷史時期。 “十五”的五年中電力裝機容量年均增長 %，五年累計新增裝機 kW，到2020 年全國裝機達到 億 kW，其中 2020 年一年就新增裝機 8000 萬 kW，為世界電力建設 史上所未有。到 2020 年，預計全國發(fā)電裝機將達 kW 左右，而全社會用電將在 kW /h以上。大型水電和火電部門，都需要用到大型發(fā)電機。 目前，國內(nèi)采用的包帶方法大 部分 仍是手工包帶或著 機械式半自動包帶 。云母帶即絕緣帶 ， 包繞就是由包帶機來完成的。 目前國際許多大型水、火發(fā)電機制造公司己經(jīng)采用了多軸數(shù)控包帶機，它可以克服人為因素對線圈絕緣帶包繞質(zhì)量的影響。在國內(nèi)，數(shù)控包帶機系統(tǒng)的研究與開發(fā)已有十多年的歷史，哈爾濱電機廠、上海電機廠等做出了一定的產(chǎn)品 ， 如上海電氣電站集團使用的瑞士 M I C A M A — T I O N公司生產(chǎn)的 M I 一 1 5 8 型數(shù)控包帶機 ， 但是由于設計和技術的一些問題，相關部分黑龍江東方學院本科生畢業(yè)論文（設計） 2 并沒有完全國產(chǎn)化。這些設備價格昂貴，維護不方便，而且根據(jù)對目前市場需求的預測分析，現(xiàn)有包帶機的數(shù)量遠不能滿足生產(chǎn)的需要。如在 2020 年 9月“江西特種電機股份有限公司首次公開發(fā)行股票招股意向書”中，其主要設備選型中就向股民聲明要引進瑞士依索拉公司的數(shù)控包帶機除過大型發(fā)電機外，一些大、中型的電動機和發(fā)電機線圈也需要 用包帶機來包繞絕緣帶。這屬于中型電機的需求參數(shù)，上面所述的大型發(fā)電機相應參數(shù)最大可達 場。其適用于大、中型高壓框形線圈及各種條形線圈的包繞絕緣層。其實質(zhì)是用手扶著電機線圈，用腳踏開關控制進行包 繞。 圖 11 手動包帶機 圖 2是湘潭電機廠采用的半自動包帶機。這里是采用導軌達到這個目的。顯然，如果換一種線圈，就得改變導軌軌跡。 黑龍江東方學院本科生畢業(yè)論文（設計） 3 圖 12 半自動包帶機 圖 13 全自動數(shù)控包帶機 圖 2和圖 3包帶機 工作過程是一樣的，只是圖 3可以滿足大型線線圈包繞的需要。 全自動數(shù)控包帶機 圖 4是某電機廠由瑞士進口的龍門架結構數(shù)控包帶機。龍門架結構數(shù)控包帶機可以基本國產(chǎn)，但是大多還是進口產(chǎn)品。它實質(zhì)上是一個垂直多關節(jié)型機器人，當然可以實現(xiàn)包帶盤的空間6 自由度聯(lián)動，滿足包帶的要求。 圖 14機器人結構數(shù)控包帶 機 黑龍江東方學院本科生畢業(yè)論文（設計） 4 手動和半自動的包帶機應該改造成全自動的數(shù)控包帶機，而大型的數(shù)控包帶機像龍門架結構和機器人結構應該通過努力實現(xiàn)國產(chǎn)。國內(nèi)一些有實力的企業(yè)做了多年的工作，但是效果不甚明顯。 龍門架結構簡圖如圖 6所示。龍門架橫梁上的包帶小車運動時，所在的軸定義為 Y軸。包帶機各軸運動均由獨立的位置伺服系統(tǒng)控制，可以在正反兩個方向作點位運動、連續(xù)運動。設備工作時，線棒被夾緊固定。 安裝在導軌上的氣頂可以進行 ,X 、 Y 和 Z 軸方向的調(diào)整．包帶機工作時， X 、 Y、 Z軸帶動包帶盤，使包帶盤圓 心沿著線棒中心線軌跡以一定速度移動 ,控制包帶盤姿態(tài)的 B 、 C 軸 , 使包帶盤平面始終和線棒中心線的法平面重合 。 為了使絕緣帶和線圈緊密、平整的結合，要求包帶機包帶時包帶盤中心隨時與線圈中心線上的點重合，同時要求包帶盤平面和線圈中心線時時垂直。包帶機系統(tǒng)需要解決的一個關鍵問題是如何獲得線圈的形狀，即如何獲得線圈中心線的 空間軌跡，通常采用的方法是示教。 數(shù)控包帶機主要功能 1 ) 自動示教對一批新型線棒進行包扎加工時 ， 為提高工作效率和加工精確度 ，包帶機必須要先獲得線棒中心線的軌跡才能夠開始自動包扎 。 示教后可形成示教文件 ， 對同型號線棒可直接應用 。 該功能采用安裝在包帶盤上由半徑檢測裝置、磁粉制動器、電流放大器組成的恒張力控制系統(tǒng)來實現(xiàn) 。 包帶盤上配備兩臺傾角電機 ，其電壓由受繼電器板控制的變壓器提供 。 線棒兩端采用電動端夾固定，中問部 分 采用由 P L C 控 制的氣頂支撐 ，氣頂可以自動升降 。 6 )自動包帶在上述主要功能的支持下， H M E C— K M X M 可進行全自動絕緣帶包扎 ，同時還具有斷帶保護、觸摸屏輸入、文件存儲 速度調(diào)節(jié)、設備歸零 、急停報警等輔助功能 。 分析包帶機的各組成部分功能 ，了解各部分分別在什么條件下能發(fā)揮作用，并黑龍江東方學院本科生畢業(yè)論文（設計） 6 分析其間聯(lián)系。使包帶機能在人工操作下準確，迅速，穩(wěn)定運行。 第 2 章 機械與電氣系統(tǒng)分析 機械設計部分主要技術參數(shù) 有效長度（ X 軸） 長度：總長度為（ 2020+ 5002? ） mm 直線長度 2020mm ，端部長 500mm 。 導軌的類型：采用滾動導軌，且為 SBG25SL直線型滾動導軌作為滑軌。 測速裝置：采用計數(shù)編碼器。 傳動機構：傳動依然由齒輪齒 條傳動機構完成。 驅(qū)動電動機的技術參數(shù)：驅(qū)動電動機也是 4 極異步減速電動機，輸出功率同樣是 200W，運行頻率依然是 50Hz，直線運動速度是 4000 minmm 。 黑龍江東方學院本科生畢業(yè)論文（設計） 7 高度（ Z 軸） 高度：整體有效高度為 250mm 。 導軌的類型：滑軌依然采用 SBG25SL 型直線滾動導軌作為軌道。 測速裝置：采用計數(shù)編碼器 。 傳動機構：采用鏈輪傳動的形式來完成。 傾斜軸（ B 軸） 可變換角度：可調(diào)角度為 55? 176。具體的講就是用電動機帶動蝸桿，驅(qū)動蝸輪轉(zhuǎn)動，有蝸輪再帶動 B軸旋轉(zhuǎn)來完成。 驅(qū)動電動機的技術參數(shù)：可以根據(jù)使用要求自行選取。 黑龍江東方學院本科生畢業(yè)論文（設計） 8 圖 21蝸桿零件示意圖 圖 22蝸輪零件示意圖 回轉(zhuǎn)軸（ Z 軸） 可變換角度：可調(diào)角度為 40? 176。具體的講就是用電動機帶動蝸桿，驅(qū)動蝸輪轉(zhuǎn)動，有蝸輪再帶動 Z軸旋轉(zhuǎn)來完成。 位置檢測裝置：采用計數(shù)編碼器。粘膠帶位置可以微調(diào)，小同的產(chǎn)品只需更換需要的材料夾具和進行適當?shù)恼{(diào)整就可以使用 。切貼電機帶動一把切刀，切貼電機旋轉(zhuǎn)一周切刀伸縮切貼一次 。機械動作流程 :加料一確認一移位一切貼一卷付一退料 。本文設計的自動包膠帶機采用 Mcs 51單片機為核心的控制器來完成所有的動作，具有自動和手動兩種工作方式，控制器配介相應的機械部分即是一臺自動化生產(chǎn)設備，其中控制器可以對每個電機控制軸進行任何角度的設定，具有操作簡單方便，維護更新周期短，工作效率高，成本低等特點，具有一定的市場競爭力 。 單片機控制器主要完成系統(tǒng)各部分的信息處理、生產(chǎn)現(xiàn)場控制信號、協(xié)調(diào)操作等工作 。功能擴展接日部分主要用于后續(xù)功能開發(fā)，比如擴展 PC 機監(jiān)控多功能的多機系統(tǒng) 。包帶機山“踏板”信號觸發(fā)進入生產(chǎn)子程序，完成 :移位一切貼一卷付三個過程 ，其中卷付減速計數(shù)盤的觸發(fā)信號通過施密特觸發(fā)器連接到 89C51內(nèi)置定時 /計數(shù)器 Tb進行卷付圈數(shù)計數(shù)。控制鍵盤由【踏板鍵】、【確認鍵】、【自動 /乎動鍵】、【移位鍵】、【切貼鍵】、【卷付鍵】和【 0— 9】共十六鍵構成，其中【踏板鍵】、【確認鍵 ]復介為用戶管理進入按鍵， [移位鍵 ]、 [切貼鍵 ]復介為上、下翻頁鍵，當按下【踏板鍵】三秒鐘以上接著按【確認鍵】控制系統(tǒng)進入用戶管理系統(tǒng)。此時需 2V 的電源電壓， 5 }4。在正常供電時， +5 V 電源通過 2AK 加芯片的 VCC 端，同時使品體管工作，輸出為低電“ !黑龍江東方學院本科生畢業(yè)論文（設計） 10 凡，使低電“ !凡加在芯片的片選端。當 +SV 電源失去時，山于 2CP 兩個二極 管的端電壓大于 ，二極管導通，備用電源工作，提供電壓。芯片處于數(shù)據(jù)保持狀態(tài)，芯片功耗極小 。主程序完成初始化、順序控制、系統(tǒng)監(jiān)控等任務，開機初始化完畢后，程序進入系統(tǒng)監(jiān)控和順序控制等功能的流程，為了方便管理人員對現(xiàn)場生產(chǎn)參數(shù)的設置和現(xiàn)場生產(chǎn)信息的查詢，特別設置了系統(tǒng)管理入日 。生產(chǎn)結束時控制器還會對現(xiàn)場生產(chǎn)信 息進行保存，以便管理統(tǒng)籌?？刂奇I盤子程序完成設備啟動、系統(tǒng)設置、系統(tǒng)管理及手動操作等任務的掃描操作 。 所以我們針對以上所需要的電動機進行選型和設 計。 所以我們針對以上所需要的電動機進行選型和設計。在旋轉(zhuǎn)運動中，由于都是采用的蝸輪蝸桿傳動完 成旋轉(zhuǎn)動作的。 所以 Z 軸方向的驅(qū)動機構對電動機的要求要較 X軸、 Y軸 B軸和 C 軸方向的電動機高，所以我們這對 Z軸的電動機進行設計，其他的電動機的設計與 Z軸的設計相類似。 所以我們在這里只對 Z軸方向的驅(qū)動電動機進行選擇與設計，而 X 軸與 Y軸方向的驅(qū)動電動機直接抄襲 Z軸方向的驅(qū)動電動機的型號即可，而 B軸、 C軸的電動機的設計黑龍江東方學院本科生畢業(yè)論文（設計） 12 我們則直接給出結 果。 在第 2章我們進行的各部分質(zhì)量估算之中，我們可知 Z軸方向的載荷 KNFZ ? 。 理論傳動效率 ? 的計算： （ 1）滾珠絲杠的螺旋升角 ? 的計算： ?? 0tan dPh? 其中： ?hP 滾珠絲杠的導程，我們在之前已經(jīng)對其值進行選擇過，我們?nèi)∑渲禐?5mm 。 故我們算得： 0101 8 8 4 1 5 9 2 5t a nt a n ??????? ??????????? ?? ?? dP h （ 2）摩擦角 39。39。39。 ?hP 滾珠絲杠的導程， 5mm。 故我們算得： mNPFT phZ 。 所以我們參考廈門《精研》電動機樣本，我們選取電動機的型號為 100YB200GY38型伺服電動機。 我們從《精研》的樣本上摘取該型號電動機的技術參數(shù)如下表： 表 100YB200GY38 型伺服電動機的技術參數(shù)表 輸出