Elektrický hriadeľ a jeho aplikácia v elektrickom pohone kovoobrábacích strojov

Článok pojednáva o zariadení, princípe činnosti a príkladoch použitia elektrických systémov pre synchrónne otáčanie (elektrický hriadeľ) v kovoobrábacích strojoch a zariadeniach.

Predpokladajme, že dva hriadele, ktoré nie sú navzájom mechanicky spojené, sa majú otáčať rovnakými rýchlosťami bez toho, aby sa navzájom otáčali. Na zabezpečenie takéhoto synchrónneho a fázového otáčania s motormi D1 a D2, ktoré otáčajú hriadele A, resp. II (obr. 1), spojte pomocné asynchrónne stroje A1 a A2 s fázovými rotormi. Vinutia rotora týchto strojov sú navzájom spojené.

Ak sú rýchlosti otáčania oboch strojov a polohy ich rotorov rovnaké, potom elektromotorické sily indukované vo vinutiach rotorov strojov A1 a A2 sú rovnaké a smerujú k sebe (obr. 2, a), a prúd netečie v obvode rotora.

Predpokladajme, že smer otáčania poľa pomocných strojov sa zhoduje so smerom otáčania ich rotorov.Keď sa rotácia stroja A2 spomalí, jeho rotor bude zaostávať za rotorom A1, čo má za následok napr. atď. c) Ep2 indukovaný vo vinutí rotora sa posunie vo fáze k predstihu (obr. 2, b) av obvode rotora strojov A1 a A2 pôsobením vektorového súčtu e. atď. s E sa objaví vyrovnávajúci prúd Az.

Ryža. 1. Schéma synchrónnej komunikácie

Ryža. 2. Vektorové diagramy synchrónneho komunikačného systému

Aktuálny vektor I bude zaostávať za vektorom e. atď. s E v uhle φ... Priemet vektora prúdu Az na vektor e atď. v. Ep2 sa zhoduje s týmto vektorom v smere. Projekcia vektora prúdu na vektor e. atď. s. Ep1 je namierený proti nemu. Z toho vyplýva, že stroj A2 bude pracovať v režime motora a stroj A1 v režime generátora. V tomto prípade sa hriadeľ stroja A2 zrýchli a hriadeľ stroja A1 sa spomalí. Takto stroje vyvinú krútiace momenty, ktoré obnovia synchrónne otáčanie hriadeľov. I a II a predchádzajúca koordinovaná poloha v priestore rotorov strojov A1 a A2. Rotory týchto strojov sa môžu otáčať ako v smere otáčania poľa, tak aj v opačnom smere.

Tento systém sa nazýva elektrický synchrónny rotačný systém... Hovorí sa mu aj elektrický hriadeľ... Systém synchrónneho otáčania môže nahradiť napríklad vodiace skrutky v skrutkovacích sústruhoch.

Keďže podávacie obvody kovoobrábacích strojov v porovnaní s obvodmi hlavného pohybu spotrebúvajú zvyčajne malý výkon, možno na synchronizáciu hlavného pohybu s podávaním použiť jednoduchšiu schému synchrónneho otáčania (obr. 3).V tomto prípade je nevyhnutný neustály nesúlad medzi polohami rotorov strojov A1 a A2, bez ktorých by v obvode rotora stroja A2 nebol prúd a nebol by schopný prekonať moment odporových síl stroja A2. napájacieho obvodu. Pretože stroj A2 prijíma energiu zo statora a rotora, tento systém elektrického hriadeľa vyžaduje šesťvodičové pripojenie k motoru, inštalované v mnohých prípadoch na pohyblivom bloku stroja, zvyčajne znázornenom na obrázku bodkovanou čiarou.

Ryža. 3. Synchrónne komunikačné systémy ťažkého skrutkového sústruhu

V rámci uhlovej odchýlky, ktorá nepresahuje 90°, sa zvyšuje elektrický synchronizačný moment. Aby sa zabezpečil významný synchronizačný krútiaci moment, musia synchrónne komunikačné stroje pri všetkých možných uhlových frekvenciách otáčania pracovať s veľkými sklzmi (najmenej 0,3 – 0,5). Preto musia byť tieto stroje dostatočne veľké, aby sa zabránilo neprijateľnému zahrievaniu.

Výkon strojov sa ďalej zvyšuje v snahe eliminovať vplyv kolísania zaťaženia a trecích síl. Používajú sa aj mechanické prevody, ktoré znižujú frekvenciu otáčania hriadeľov stroja a podľa toho aj veľkosť uhlovej chyby redukovanú na hriadeľ stroja Pred spustením prevádzky elektrického hriadeľa sú asynchrónne stroje A1 a A2 pripojené k jednofázové napájanie. V tomto prípade rotor stroja A2 zaujme svoju počiatočnú polohu, ktorá zodpovedá polohe rotora stroja A1.

Synchrónne rotačné systémy racionálne používané pre stroje na rezanie ťažkých kovov, pretože výroba dlhých vodiacich skrutiek je spojená so značnými ťažkosťami.Navyše s narastajúcou dĺžkou skrutiek alebo hriadeľov v dôsledku ich krútenia klesá presnosť koordinácie vzájomného usporiadania častí stroja. V systéme elektrického hriadeľa nemôže vzdialenosť medzi hriadeľmi ovplyvniť presnosť operácie.

Pri použití elektrického hriadeľa odpadajú mechanické spojenia strmeňov s vretenom a výrazne sa zjednodušuje kinematická schéma. Významnou nevýhodou elektrických hriadeľových systémov v strojoch na rezanie ťažkých kovov je možnosť poškodenia drahého dielu pri výpadku prúdu, pretože okamžite dôjde k nesúosovosti. V niektorých prípadoch sa pri takejto nehode dá predísť poškodeniu obrobku rýchlym automatickým stiahnutím nástroja.

Pre strojárstvo je zaujímavá schéma s dvoma identickými asynchrónnymi motormi s fázovými rotormi (obr. 4). Keďže obvod oboch rotorov je uzavretý voči reostatu R, pri pripojení motorov k sieti striedavého prúdu sa oba rotory začnú otáčať.

Ryža. 4. Schéma synchrónnej komunikácie s rotačným reostatom

Okrem prúdov tečúcich vo vinutí rotora a reostatu tečie v obvode rotora oboch strojov vyrovnávací prúd. Prítomnosť tohto prúdu spôsobuje, že sa objaví synchronizačný krútiaci moment, v dôsledku čoho sa stroje otáčajú synchrónne. Tento systém možno použiť na zdvíhanie a spúšťanie priečnych ramien veľkých hoblíkov, frézok a karuselov.

Vďaka systému elektrických hriadeľov je vyriešený problém koordinovaného pohybu dopravníkov, ktoré sú súčasťou výrobného komplexu.Najpraktickejšie uplatnenie v tomto prípade má variant synchrónneho otáčania motorov so spoločným frekvenčným meničom.

Okrem uvažovaných systémov elektrických hriadeľov pre strojárstvo boli vyvinuté a používané ďalšie systémy strojov na striedavý prúd, vrátane jednofázových systémov a systémov so synchrónnymi motormi špeciálnej konštrukcie.