Opracowanie Napędy i sterowanie maszyn

1. Przedstaw schemat blokowy ogólnej struktury układu serwonapędowego z silnikiem elektrycznym

2. Narysuj charakterystykę mechaniczną silnika prądu stałego (bocznikowego) i silnika indukcyjnego(klatkowego).
   

charakterystyka silnika bocznikowego (prądu stałego)

charakterystyka mechaniczna silnika indukcyjnego

1. Wymień znane Ci sposoby regulacji silnika indukcyjnego.

Prędkość obrotowa tego silnika jest zależna od jego obciążenia i jego zwiększenie zmniejsza jego prędkość obrotową, przez co rośnie nam moment, jednak nie jest to sposób regulacji ponieważ zależy nam na tym aby przy określonych parametrach zasilania i obciążenia była możliwość regulacji prędkości obrotowej. Z zależności na poślizg i odpowiednim jej przekształceniu:

$$n = n_{s}\left( 1 - s \right) = \frac{60*f}{p}*(1 - s)$$

Jak widać po przekształceniu prędkość obrotowa zależy od częstotliwości f, liczby par nabiegunników p oraz poślizgu s.

Realizacja zmiany prędkości obrotowej przez zmianę liczby par nabiegunników jest realizowana przez umieszczenie w stojanie kilku niezależnych uzwojeń o różnej liczbie par nabiegunników (jednak nie więcej niż 2) lub jedno uzwojenie o przełączalnej liczbie par nabiegunników. Ten sposób umożliwia tylko skokową zmianę prędkości obrotowej, wykonywane są wyłącznie jako klatkowe.

Częstotliwość wpływa na prędkość wirowania pola magnetycznego wytwarzanego w stojanie czyli prędkość synchroniczną. Zmieniając częstotliwość możemy płynnie regulować prędkością obrotową od postoju po prędkości ponad znamionowe.

1. Charakterystyki mechaniczne i zasada częstotliwościowej zmiany prędkości obrotowej silnika indukcyjnego

Częstotliwość wpływa na prędkość wirowania pola magnetycznego wytwarzanego w stojanie czyli prędkość synchroniczną. Zmieniając częstotliwość możemy płynnie regulować prędkością obrotową od postoju po prędkości ponad znamionowe.

1. b

2. Jakie parametry znamionowe silnika uwzględniamy podczas doboru silnika do układu napędowego.

Moc-byt duża powoduje prace silnika z niską sprawnością

Prędkość obrotowa, napięcie, częstotliwość, prąd(natężenie), moment

1. $M_{n} = 9550\frac{0,95*10}{1450} = 62,57Nm$

2. Zalety i wady napędu z silnikiem krokowym

Zalety:	Wady :
Moment trzymający(silnik pracuje z pełnym momentem w stanie spoczynku)	Rezonanse mechaniczne przy niskich pr. Obr.
Precyzyjne pozycjonowanie Szeroki zakres prędkości obrotowych bo pr. obrotowa jest proporcjonalna do częstotliwości impulsów we.	Trudność pracy z dużymi prędkościami(zjawisko gubienia kroków)
Możliwość b. szybkiego rozbiegu	Moment obrotowy maleje wraz ze wzrostem prędkości obrotowej
b. wysoka żywotność (brak szczotek)
Możliwość sterowania w pętli otwartej

1. Metody sterowanie silnikiem krokowym wymień metody sterowań i ich właściwości

Bipolarne: Zalety wykorzystanie całego momentu obrotowego bo całe dzwonienie pracuje

Wady: bardziej rozbudowany układ sterujący

Unipolarne: Zalety: prostszy układ sterujący

Wady: niepełne wykorzystanie momentu obrotowego ponieważ nie całe dzwonienie pracuje tylko połowa.

Falowe: zasilana jest tylko jedna faza w danym momencie pracy silnika. Gdy unipolarny falowy wykorzystane tylko 25% uzwojenia, bipolarne falowe tylko 50% uzwojenia.

Pełno krokowe: zasilane dwie fazy jednocześnie pozycja wirnika przesunięta o pół kroku

Pół krokowe: co drugi krok jedna faza, w pozostałych dwie

Mikro krokowe: prądy w uzwojeniu zmieniają się płynnie rozbijając krok na wiele mniejszych

Sterowanie może być też parametrami zasilającymi czyli prądem, indukcyjnością, rezystancją.

1. Wyjaśnij termin BLCD

Silnik z komutacją elektroniczną

1. Wymień główne zalety silnika bez szczotkowego.

Duża sprawność, brak komutatora, liniowa charakterystyka mechaniczna, wysoki stosunek rozwijanego momentu do gabarytów, bardzo mała inercja wirnika

1. Narysuj przykładowy schemat układu hydraulicznego

W przypadku tym co w pytaniu zamiast pompy wirowej ma być po prostu pompa.

1. Podaj przynajmniej trzy zalety i trzy wady napędów hydrostatycznych w porównaniu do napędów elektrycznych.

Zalety:

-Znacznie większa wydajność z jednostki masy lub objętości; w porównaniu z silnikiem elektrycznym o tej samej mocy i prędkości obrotowej silnik hydrauliczny jest o 14 razy lżejszy i o 26 razy mniejszy

-Mała bezwładność układu około 72 razy mniejsza w porównaniu z silnikiem elektrycznym

-Samo smarowność

Wady:

- Podatność na zanieczyszczenia

-Wycieki czynnika roboczego

-Niska sprawność

1. Wymień i opisz funkcje podstawowych elementów wchodzących w skład zasilacza hydraulicznego

Silnik- służy do napędzania pompy najczęściej elektryczny

Pompa- element roboczy wytwarza ciśnienie robocze w układzie

Zawór dławiący- reguluje ilość przepływającego płynu w przewodzie regulując jego prześwitem. Może być regulowany lub nieregulowany(o stałym przepływie)

Zawór redukcyjny- ma za zadanie redukcje ciśnienia. Za zaworem często mniejsze ciśnienie niż przed zaworem, najczęściej regulowane, przeciwdziała wahaniom ciśnienia

Zawór przelewowy-mają za zadanie niedopuszczenie do przeciążenia układu ciśnieniem kiedy ciśnienie wzrośnie do wartości

Zbiornik – służy do magazynowania czynnika roboczego i najczęściej pełni funkcję chłodnicy płynu roboczego.

1. Jaką rolę w układzie hydraulicznym pełnią rozdzielacze hydrauliczne i jak są sterowane.

Służą do kierowania czynnikiem roboczym zależnie od swojego położenia i ustawienia kanałów wewnątrz. Czyli służą do sterowania układem np. w położeniu 1 podają płyn na tłok a w położeniu drugim podają z drugiej strony. Mogą być sterowane mechanicznie, elektrycznie, hydraulicznie lub pneumatycznie uraz hybrydowo(np. połączenie sterowania hydraulicznego z pneumatycznym)

1. Zdefiniować, podać jednostki: wydajność teoretyczną pompy, wydajność jednostkową popy, wydajność rzeczywistą pompy, sprawność ogólną(całkowitą) pompy, moc otrzymywaną z pompy(efektywną)

Wydajność teoretyczna pompy- ilość cieczy roboczej dostarczanej do przewodu tłoczącego w jednostce czasu. Teoretycznie nie zależy od ciśnienia tylko od parametrów geometrycznych pompy

Wydajność rzeczywista popy- jest to wydajność rzeczywista pomniejszona o straty ciśnienia związane z rozszczelnieniem układu.

Wydajność jednostkowa pompy- związana z koncepcją jej rozwiązania

Sprawność ogólna- spada przy zbyt niskim ciśnieniu roboczym. Jest wyrażona jako sprawność całkowita czyli uwzględnia ona wszystkie straty jakie występują w pompie.

Moc otrzymywana (efektywna)- jest to moc jaką należy dostarczyć do pompy o wydajności Q_p przy obciążeniu (p₂-p₁)-różnica ciśnień w przewodzie ssawnym i tłocznym.

1. Przedstaw przykładowe zastosowanie i opisz sposób działania(elementy składowe) układu przedstawionego na rysunku:

Rys1. Np. podnośnik hydrauliczny albo mała prasa. Elementy składowe:

1. Tłok

2. Rozdzielacz hydrauliczny

3. Zawór dławiący z zmiennym stopniu dławienia

4. Manometr

5. Pompa jedno-kierunkowa

6. Zawór przelewowy

Działanie: trzeba być idiotą żeby nie opisać tego od ręki. Szkoda czasu na pisanie

Rys2. Układ może działać jako przekładnia hydrauliczna ponieważ silnik i pompa mają regulowaną chłonność

1. Manometr

2. Zawór przelewowy

3. Pompa jedno-kierunkowa o zmiennej wydajności

4. Pompa dwustronnego działania

5. Zawór redukcyjny sprężynowy

6. Zawór przelewowy o nastawny

7. Silnik hydrauliczny o zmiennej chłonności dwustronnego działania

Układ z pompą 1 jedynie uzupełnia braki płynu roboczego w układzie z prawej strony. Układ drugi może pracować w dwóch kierunkach. Niedobory lub nadmiary ciśnienia po jednej stronie są regulowane za pomocą nastawnych zaworów przelewowych

Rys3. Układ może być wykorzystywany jako podnośnik lub praska o zmiennej prędkości elementu roboczego

1. Siłownik hydrauliczny

2. Zawór redukcyjny o zmiennej redukcji

3. Zawór przelewowy regulowany(nacisk sprężyny jest regulowany)

4. Rozdzielacz hydrauliczny

5. Pompa jednokierunkowa

Przy obecnym położeniu rozdzielacza 4 obie pompy pompują płyn z lewej strony tłoka powodując jego ruch z maksymalną prędkością. Przesunięcie 4 w prawo powoduje, że przestrzeń pod tłokiem jest zasilany tylko przez jedną pompę. Po wychyleniu w drugie skrajne położenie sytuacja jest analogiczna. Zawór przelewowy 3 dba o to aby ciśnienie zasilające tłok nie przekroczyło wymaganej wartości

1. Zdefiniować i podać jednostki a)chłonność teoretyczną silnika b) sprawność rzeczywistą silnika c)chłonność jednostkową silnika

1. Chłonność teoretyczna silnika- ilość cieczy roboczej pobieraną przewodu tłoczonego w jednostce czasu.

2. Sprawność rzeczywista

3. Chłonność jednostkowa silnika

1. Narysuj charakterystyki przepływowe statyczne zaworu przelewowego.

1. Narysuj charakterystyki przepływowe statyczne zaworu dławiącego

1. Wymień znane Ci rodzaje prowadnic i porównaj ich właściwości.

Prowadnice ślizgowe i toczne. Ślizgowe- najprostsze łatwe do wykonania i tanie, największa sztywność. Do wad zaliczamy: duży i nierównomierny opór ruchu, drgania cierne, krótka żywotność pod dużym obciążeniem, trudność smarowania

Toczne- niewielka różnica pomiędzy tarciem statycznym a dynamicznym, nie występują efekty drgań ciernych, dzięki niskiemu współczynnikowi tarcia nie wymagają dużych jednostek napędowych, wymagane minimalne smarowanie, są droższe wymagają lepszej jakości materiałów i na elementy toczne i na bierznie.

1. Od jakich parametrów zależy żywotność prowadnicy.

W przypadku ślizgowych zależy to od obciążenia i smarowania

Żywotność tocznych zależy od obciążenia i jego zmienności, temperatury, powierzchni styku.

1. Oblicz możliwe do uzyskania przełożenia:

Ilość możliwych przełożeń to 6. Możliwe zazębienia:

1. z1+z2+z7+z8

2. z1+z2+z9+z10

3. z3+z4+z7+z8

4. z3+z4+z9+z10

5. z5+z6+z7+z8

6. z5+z6+z9+z10

1. Porównaj przekładnie śrubowe ślizgowe i toczne.

Ogólnie przekładnie śrubowe zapewniają możliwość uzyskania dużej dokładności i płynności ruchu przy małych prędkościach. Zasadniczo różnią się one sprawnością. Sprawność ślizgowych w znacznej mierze zależy od kąta tarcia i wzniosu linii śrubowej. Znacznie większą sprawność mają przekładnie toczne lub rolkowe stosowane głównie w obrabiarkach sterowanych numerycznie ze względu na to, że nie występują drgania spowodowane różnymi współczynnikami tarcia statycznego i kinematycznego. Toczne są droższe od ślizgowych ale zapewniają mniejsze drgania oraz mniejsze zużycie(znacznie lepsze materiały na ich wykonanie).