链式传输机电气传动系统设计毕业设计.docx

辽宁科技大学本科生毕业设计说明书第iv页链式传输机的电气传动系统设计摘要在目前生产自动化的程度逐渐提升,由变频调速系统控制的自动化传输设备得到十分广泛的应用。生产者根据运输物料的不同属性，而选择不同的传送机进行输送。链式传输机是应用比较广泛的一种传输机，链式传输机的电气传动系统一般采用变频调速系统进行控制。链式传输机的电气传动系统一般采用变频调速系统进行控制。电气传动系统中的变频调速系统是一种由变频器后连接电动机加减速机的控制系统。变频器控制电机调速代替了恒速直流电机作为动力装置，使较高效率的驱动性能和良好控制地机械特性得以实现。控制系统中变频器的使用不仅简化了机械的启动和控制电路的设计，还提高了设备的性能使其更加安全可靠。文中根据设计需求设计出了链式传输机的主电路原理图，经过精确的生产参数计算，参照变频器和电动机的选型原则，在本文中着重设计了变频调速系统中器件的选型这一部分，合理的选择了变频器、电动机和减速机。关键词：变频调速系统;变频器;电动机；减速机electrical chain conveyor drive system designabstractdegree of automation in the current progressive upgrading of transmission equipment automation system controlled by a frequency converter to give a very wide range of applications. producers depending on the attribute transport of materials, and the choice of different conveyor conveyed. chain conveyors are used widely as a conveyor, chain conveyor electric drive system generally adopts frequency control system control. electrical transmission chain conveyor of generally use variable speed system control. electric transmission system frequency control system is a connection control system of the motor acceleration and deceleration by the inverter unit. inverter control motor speed instead of constant speed dc motor as a power plant, the driving performance of high efficiency and good mechanical properties can be controlled to achieve. use inverter control system not only simplifies the design of the machine to start and control circuits, and also improves the performance of the equipment to make it more secure. paper designs depending on design requirements a main circuit diagram of the chain conveyor, through precise production parameter calculation, the inverter and the motor referring to the principle of selection, and in this paper focuses on the design of the frequency control system in which the device selection part, a reasonable choice of drive, motor and reducer.keywords: frequency control system; converter; motor; reducer目录摘要iabstractii1 绪论11.1 本文设计的选题背景及目的11.2 本文研究课题的当前发展现状21.3 本文设计的主要方法和内容22 链式传输机概述42.1 链式传输机介绍42.2 链式传输机的分类及特点52.3 链式传输机应用特点63 链式传输机变频调速系统原理73.1 电动机调速指标要求73.2 三相异步电动机调速系统机械特性83.3 变压变频调速的基本原理103.4 电力电子变压变频器114 链式传输机变频调速系统器件选型134.1 链式传输机对变频调速系统的要求134.2 电动机选型设计144.2.1 电动机选型的原则144.2.2 电动机功率计算154.2.3 y系列电动机164.3 变频选型设计164.3.1 变频器的选型164.3.2 sinamics g120d分布式变频器174.4 减速机的选择设计204.4.1 减速机所需参数计算204.4.2 输出轴承装置设计214.4.3 k系列螺旋圆锥齿轮减速机225 链式传输机电气传动系统255.1 链式传输机电气传动系统设计255.1.1 链式传输机电气传动系统工作流程图255.1.2 链式传输机电气传动系统电气原理图265.2 变频器驱动系统与参数设置265.2.1 sinamics驱动系统265.2.2 sinamics g120d 变频器基本参数设置27结论29致谢30参考文献31 辽宁科技大学本科生毕业设计说明书第32页1 绪论1.1 本文设计的选题背景及目的在当前的工业生产线中，自动化生产设备占据着愈来愈重要的地位。在物料运输中，各种运输设备已被广泛的应用。运输设备按主要工作的类型，可分为几个部分：链式传输设备，螺旋输送设备，气动输送设备等。在所有这些输送设备中，链式输送机品种规格齐全，在生产中得到最为广泛的应用。链式传输机是用链条拉动牵引，承载传送链，或安装链板条，辊道运输，金属网带等运载物料的传输机。由于链条上安装的承载面的尺寸大小不同，可将链式传输机分类为：链板式，台车式，链网式，托盘式，板条式等。另外，链式传输机通常也与其他运输机，起重装置等设备组合成各种不同功能的生产线。链条式输送机在运输物料的机械设备领域中历史悠久，在生产中应用的时间很长，由不同的结构组成多品种的传输机，从而在机械化输送领域中占据着重要的地位。现有的链式传动作为比较成熟电气传动技术，使用的行业类型最为广泛。它的种类也很多，有链式提升机，链式输送机，悬挂链式输送机，链板式输送机等。在生产广泛使用带式传输机的当下，链式传动代替了皮带传动和钢丝传动的传输线，明显改善了带式输送机传输带易断裂，输送物料易打滑，电气传动系统繁复和其它使用方面的缺点。链式传输机在工业和农业需求的生产线上应用的十分广泛。例如：纸制品，调味品，药品，罐头食品，乳品，饮料，化妆品，烟草等清洁用品的并自动送输，分配和包装完成后的连线输送等。然而，链式传输机在电气传动系统方面还有许多需要改进和加强的地方。链式传输机的电气传动系统的工作原理主要是，由plc发送指令到变频器，由变频器接收的信号来调节电动机的运转方式，再由减速机将电动机的转速进行调整使其与链式机的速度进行匹配，是机械设备可以完成生产工作。所以，不同的传送对象需要的自动控制系统参数有很大的不同，这就需要设计人员参照给定参数进行选型设计，通过准确的计算来选择合适系统的变频器、电动机及减速机，以确保链式输送设备正常而有效的工作。根据已知工作条件，设计出合理而合适的变频调速系统，使得电气传动系统控制链式传输机高效率的运行，是本文选题的主要目的1。1.2 本文研究课题的当前发展现状工业生产的各方面技术发展的越来越快 ，电气传动控制系统更是日新月异。从出现电气传动控制系统的概念以来，电气传动控制系统又有了新的发展。开发和完善电气传动控制系统领域，近年来引起工农业研究人才很大的兴趣。电气传动的研究目标是利用机器，通常是用传动控制系统和电脑等，最大化的代替人的劳动，并且努力使机械自动化最终在这些方面得到改善并超出人工的工作能力。其研究的领域和应用的范围十分广泛。例如，人工智能、自动控制、智能机器人、plc控制系统等。链式传输机的电气传动系统的研究是通过变频调速的原理及应用，从而争取为工业生产领域的发展和进步作出贡献。随着工业发展进程的日益加快，生产传输对电气传动系统的要求也在提高。而电气传动系统当前主要是依靠变频调速技术来进行控。变频调速技术已经深入渗透到我们生活的点点滴滴。v/f、直接转矩控制(dtc) 、矢量控制(vc)是变频调速系统的主要控制方式。v/f控制主要在生产系统成本和性能要求较低的场合应用；而在系统性能要求较高的场合引入了矢量控制的应用，即变频调速系统广为应用的时代开始了。在发展飞速的半导体技术中，mcu愈加强大的处理能力，不断提升的处理速度，使变频调速系统在处理复杂的任务时更加游刃有余，进而实现复杂的控制算法、观测，传动性能达到前所未有的高度。而现在pwm合成驱动方式是变频驱动的主要使用方式，pwm生成能力是否强大是对其控制器的基本要求。随着近年来半导体技术飞速的发展和数字控制的应用普及，应用矢量控制已经从高性能领域拓展到通用驱动和专用驱动的场合，像洗衣机、冰箱、变频空调等家庭生活中常用的家用电器都有涉及。交流驱动器已经在传输设备、自动化出版设备、加工工具、电梯、风机泵、压缩机、起重设备、工业机器人、轧钢类、电动汽车及其它领域中得到广泛应用2。1.3 本文设计的主要方法和内容 变频调速技术是当前电气传动系统中广泛应用的控制方法。本文主要的内容是链式传输机电气传动系统中变频调速系统设计。根据实际生产应用的工作条件以及相关参数，通过严谨而精确的计算，合理的选择出变频调速控制系统的器件。文中设计使用变频来控制交流电机的转速，来控制链式传输机的生产运行的方式是生产效率得到提高。用plc控制，控制系统的可靠性被大大提高。变频器控制电机调速代替了恒速直流电机作为动力装置，使较高效率的驱动性能和良好控制特性得以实现。本文中根据设计需求设计出了链式传输机电气原理图，并通过精确的生产参数计算，经过精确的生产参数计算，参照变频器和电动机的选型原则，合理选择了变频调速系统的变频器、电动机和减速机。2 链式传输机概述2.1 链式传输机介绍链式输送机使用的是链条携带负载，拉动，或通过在链条上安装金属网带，板条，辊道轴承来运输材料的输送机械。输送设备有许多的类型，但是，在实际的生产里它是是获得最为广泛使用的。规格品种齐全是链式输送机相关的机械设备被频繁采用的原因。此外，链式传输机也可以和其它的运输机，提升装置等设备组成各种不同功能的生产线。它们分别可以完成不同需求的输送工作。在当前的工业生产线中自动化生产设备占据着愈来愈重要的地位,在物料运输中，各种运输设备已被广泛的应用。链条输送这一类型地输送设备根据工作地主工种地不同，可以分为好几个种类的设备。这些输送设备，唯有链条输送机地规格和品种最全，所以在实际生产中被使用的频率总是很高。在生产广泛使用带式传输机的当下，链式传动代替皮带传动和钢丝传动的传输线，明显改善了带式输送机传输带容易发生断裂，容易打滑，电气传动系统繁复和其它使用方面的缺点。链条式输送机在运输物料的机械设备领域中历史悠久，在生产中应用的时间长，各种各样的结构组成多品种的传输机，从而在机械化输送领域中占据着重要的地位。图2.1 链式输送机工作示意图1. 电动机；2.v带传动；3.链式输送机；4.螺旋圆锥齿轮减速器在各类传输机的应用中，被应用比较广泛的传输机就是链式传输机。链传动现在已经是一个比较成熟地电气驱动技术了。链式传输机控制的设备现在所使用的自动控制系统，一般都是采用变频调速来进行速度调节地。2.2 链式传输机的分类及特点链式输送机是通过链条驱动牵引，输送辊，金属网带，或安装板条链条，轴承和传动链来输送物料传输机。可是，链条的承载表面是有不同的尺寸的。如果分类的话可为：链板.台车式.链网式.托盘式.板条式等。此外，链式传输机也是常和其它类型地运输机.升降起重装置.还有其他设备组成各种生产线的具有不同的功能。这里介绍几种链式传输机。1.管链式输送机 链条式送料地系统优点是输送地装置是容积式的。可以实现，对被输送的材料地运输和数量测量。高填充度地输送方式减低了输送用链条的速度，磨损是非常低的。而且使机器运行的声音也很小。交通运输的时候可以保证无粉尘泄漏到环境里。输送机可以发送冷.热.沸腾等不同条件和工况地介质。 2.fu型链式输送机 fu型地链式输送机。一般是用于水平（或者是倾斜角小于等于十五度的）输送粉状.粒状材料。密封安全.高效.节能.使用寿命长.易维护且运行可靠。它地使用性能比螺旋输送机等其他许多种类的机械设备都要好。使用起来性价比和性能参数都是比较理想的。3.bfw型链板式输送机 bfw型链板输送机。主要是使用在造纸工业，沿水平或倾斜（小于或等于三十度）地输送条件。输送各种捆状，散装，体积大的生产废料。还有各种纸浆包或其他材料。在造纸业生产中，输送散装物料从地面到散浆机是它的主要用途。直到实现连续均匀喂养。4.板链式输送机 板链输送机地功能被较完善使用地主要场合。是机电行业.和大型家电工厂地物流设备。像冰箱，空调地零部件和汽车地总组合装配等。能够承载重量大地工件是它最大的特点。并且可以固定在货盘上，可以连续的或这按一定的操作节奏。还能做产品地在线老化测试运行。2.3 链式传输机应用特点1.运输的能力很强。能够传送大量地材料在比较狭小的空间里，而且高效率的运输。输送速度可以在6米每小时至600米每小时之间控制。2.传输物料的时候需要地能耗很低。借助与运输物料地内部，摩擦而产生地力。将材料地驱动方式由推动改为拉动。与螺旋式输送机相比较，它的能源节约可以高达百分之五十。图2.2 链式传输机细节图3.密封和安全。运行比较安全和可靠。机壳制做成全密封地，所以粉尘不会泄漏出来。4.使用寿命长达8年。由合金钢材制成的，传送链是用先进的热处理方式。正常的使用寿命一般大于5年，运送的物料属性不同，链滚子寿命大于或等于2至3年。5.有灵活的工艺布局。在高架，地面或凹坑均可以布置。水平或斜坡（小于或等于十五度）安装。也可同机水平加爬坡安装。可多点进出料。6.使用成本低。超级省电耐用，维修概率低，成本只是螺旋机的十分之一。使主机地正常运行得到保障，这样在生产中就能使产量得以增长。降低消耗。提高效率。7.系列齐全，fu系列有fu150、fu200、fu270、fu50、fu410、fu500、fu600和fu700等各种型号，并均可提供两种型式的双向输送。3 链式传输机变频调速系统原理3.1 电动机调速指标要求1.调速范围电动机在额定负载(电流为额定值)情况下所能得到的最高转速与最低转速之比称为调速范围，用d表示，即： （3.1）2.调速方向调速方向指调速后的转速比原来的额定转速(基本转速)高还是低。若比基本转速高，称为往上调，比基本转速低，称为往下调。3.调速的平滑性调速的平滑性由一定范围内能得到的转速级数来说明。级数越多，相邻两转速的差值越小，平滑性越好。如果转速只能跳跃式的调节，例如只能从3000r/min一下调节到1500r/min，在又调节到1000 r/min等，两者之间的转速无法得到，这种调速称为有级调速。如果在一定的调速范围内的任何转速都可以得到则称为无级调速。无级调速的平滑性当然就比有级调速好。平滑的程度可用相邻两转速之比来衡量，称为平滑系数，即: （3.2）越接近于1，平滑性越好。无级调速时=1，平滑性最好。4.调速的稳定性调速的稳定性是用来说明电动机在新的转速下运行时，负载变化而引起转速变化的程度，通常用静差率来表示。其定义为：当系统在某一转速下运行时，负载由理想空载增加到额定值时所对应的转速降-与理想空载转速之比，即： （3.3）越小，稳定性越好。静差率与机械特性的硬度有关，而机械特性的硬度的定义为: （3.4）越大，转矩变化时，变化的程度就越小，机械特性就越硬，静差率就越小，稳定性就越好。静差率还与理想空载转速的大小有关。例如两条平行的机械特性硬度相同，在静差率公式中的相同，由于不同，他们的就不同，大的，小，小的，就大。5.调速时的允许负载电动机在各种不同转速下满载运行时，如果允许输出的功率相同，则这种调速方法称为恒功率调速；如果允许输出的转矩相同，则这种调速的方法称为恒转矩调速3。3.2 三相异步电动机调速系统机械特性1.值为常数时变频调速地机械特性接下来我们就来分析一下机械特性中的三个特殊的点，然后由它们来确定机械特性：（1）同步点：由，则，下调，随之下降。（2）最大转矩点由c为常数，为常数临界转差率为： (3.5)临界转速降： (3.6)临界转差率和临界转速降均为常数。因此，在不相同的频率条件的时候，使电机最大转矩始终保持不变，且相对地最大转矩地转速降也能不发生改变。所以其机械特性基本上是平行的。不过要是被下调得太小，由于也是很小的，那么这个时候定子上地电阻上地压降就不能再被忽略不计了，但这样会让、下降地更加地严重，电动机地会变得更小。（3）起动转矩点：电动机起动转矩： （3.7）所以起动转矩随频率下降而增加。根据以上结论可以得到当的值是常数的时候，标准的三相异步电动机地变频调速特性规律图为，如图3.1所示： 图 3.1 三相异步电动机为常数时变频调速机械特性1.的变频调速机械特（1）同步点：由，则，当调高时，随之上升。（2）最大转矩点：由，当调高时，减小。（3）起动转矩点：，当被调节增大的时候，电机在起动时的转矩将会大大地减小。所以，这时我们能够画出电动机机械特性的规律图，如图3.2所示：图 3.2 电动机机械特性3.3 变压变频调速的基本原理通过改变电压和频率，可以使三相异步电动机地同步转速得到改变。这是调节电动机转速的方法之一。在保持不变的情况下（表示极对数），却可以因频率发生改变而跟着改变（表示同步转速）。表达公式为： （3.8）由式（3.8）可以得出，异步电动机地实际转速可以表示为： （3.9）在这里，表示稳态速降，且。的大小与负载的大小相关。由式（3.8）和式（3.9），得： （3.10） （3.11）其中： 气隙磁通在定子每相中感应电动势地有效值，单位为v； 定子频率，单位为hz； 定子每相绕组串联匝数； 定子基波绕组系数； 每极气隙地磁通量，单位为wb；由式（3.8）知，想要将磁通中地气隙磁通量控制不变，就要使得定子频率和感应电动势得到相应地控制。所以，由以上所得出的结论，基本就可以确定，想要改变电动机的转速，可以通过改变电动机在额定工作下的电源频率的方法来进行调节43.4 电力电子变压变频器变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置。要想使异步电动机地变频调速得以实现，则电机地工作电源需得是频率与电压都可以进行调节地交流电源。静止式的电机功率转换器是由不同的电力电子器件来构成的，而这一装置也是可调节的交流电源常常会使用的,也就是通常使用的变频器。整流逆变直接变频+ 恒压恒频直流 变压变频恒压恒频 变压变频a b 图3.3 变频器结构示意图a.交-直-交变频器 b.交-交变频器在21世纪初期的时候，工业上使用的频率转换器（即变频器），主要采用的整流原理是交流 - 直流 - 交流的方式。通过把工频交流电源转换为直流电源，之后再将其变换为，直流电源地电压和频率，都可以被控制地交流电源，再将它供给电机使用。由整流，中间直流环节，逆变和控制四个部分共同组成了一般变频器的主电路。图3.3所中示，为交-直-交和交-交变频器的结构示意图。变频器若按照整流的方式可以分类为交-交型变频器和交-直-交型变频器两种。把电压和频率恒定的交流电通过整流，使其转换为成直流电，然后再把直流电再给逆变成一种频率、电压可以调节地交流电。这一过程就是交-直-交变频器的整流过程。然而，不需要将中间将电流整流为直流环节的变频方式，则被叫做直接变频。由于，晶闸管（scr）属于半控型电力电子器件，所以晶闸管的开、关不能通过门极来进行控制。由scr组成了早期的逆变器。变频器要想完成换相，只有通过使用强迫换流装置才能完成，而且主电路地结构很复杂。另外，晶闸管导通和关断的速度很慢，所以变频器开、关的频率就很低，造成输出电压谐波分量很大。但是，全控型电力电子器件的导通和断开都可以通过门极来完成控制，并且它导通和关断的速度也普遍要比晶闸管高。因此，现在的变频器基本上都使用全控型电力电子器件来制作。脉冲宽度调制技术是大多数地，当下工农业等使用的变频器所使用的控制技术。它的基本控制思想为：通过控制变频器中使用的电力电子器件的导通和断开，使得输出的脉冲序列的宽度是按照一定地规律来变化的且电压的幅值也是相同的。这样一来我们期望得到的输出电压就可以使用这种高频率的脉冲序列来替换m+ ud2abcud2图3.4 交-直-交变频器主回路结构图如图3.4所示，左半部分由不可控地整流桥，来把三相交流电整流为恒压直流电。右半部分负责吧直流电转换为频率、电压都可调节地交流电，为了使直流电压地脉动减小还设置了滤波环节在中间位置，就是逆变器。由左半部分和右半部分共同组成交-直-交变频器地主回路结构图。使用调节脉冲宽度来进行控制的方法，输出的谐波分量小。缺点就是，如果电动机在回馈制动状态下工作地时候，不能把能量回馈至电网。这时会使直流侧地电压很快地上升，这个上升地电压就叫做泵升电压4。4 链式传输机变频调速系统器件选型4.1 链式传输机对变频调速系统的要求本文是为汽车车架运送到总装这一过程设计一个合理的链式传输机电气传动系统，输送的对象即汽车车架质量大约为2100kg左右。因此，传输机调速系统对于电动机的要求必须能克服链式传输机的牵引阻力，驱动能带动运输物体并且传动过程能进行调速、启停控制，而且不能浪费设备动力。所以，本系统对变频器的要求是，在符合电动机功率的前提下，能尽量优化自身功能，即自身功能尽可能的完善。对于整个变频调速系统的要求即，能够实现稳速状态工作和调速状态工作，整个系统是闭环控制。一旦运输物料的质量、体积等性质发生改变，可以及时将数据反馈至控制系统中，进行自动控制调节5。 图4.1 链式输送机和无外部结构链式输送机的牵引阻力一般在14004000n/t之间，在大多数情况下，需要咨询滑轨制造商和仔细考虑相关工作环境的需求。在汽车生产地流程里，生产完成的车架要运送到总装出进行组合，这个过程使用地就是链式传输机来进行传输。驱动以连接变频器控制三相四极异步电机，后接螺旋伞齿轮减速箱，进而控制链式传输机工作的形式，假定工厂以三班轮换制运作。表4.1 计算所需数据 名称 符号 数据速度 24 m/min加速度 a 0.1m/s2滑动摩擦系数 0.3（链条和滑轨之间） 负载质量 2100kg链条重量 10kg/m链条数量 2车轮直径 157mm(输送链)车轮直径 88mm(传动链)附加力 1500n附加质量 3500kg效率 0.85传动长度 l 6m传动链上工作的两个车轮直径是相同的，所以辅助传动比为1。附加力是因为悬挂在车架上的部分被拖随。这一部分的质量是4.2 电动机选型设计4.2.1 电动机选型的原则1.根据负载的启动特性、运行特性及生产机械工作的各种要求，选出最适合于这些特性的电动机。2.选择具有与适用场所的环境相适应的防护方式及冷却方式的电动机，选择能适合电动机所处环境条件的结构形式。3.为了使整个系统高效率运行，要综合考虑电动机的级数及电压等级。4.计算和确定合适的电动机的容量。通常实际制造的电动机，在75%100%额定负载时，效率最高。因此，应使设备需求的容量与被选电动机的容量差值最小，是电动机的效率被充分利用。5.选择可靠性高、便于维护的电动机。6.考虑到互换性，尽量选择标准电动机。4.2.2 电动机功率计算1.链条的总质量链条在行驶轨道的上方和下方都有，所以设备中使用地链条的总质量是必须考虑的 （4.1）2.牵引阻力 （4.2）3.额定功率 （4.3） 传动系统中，选择使用地电机工作参数需得满足以下条件：额定功率 =5.5kw转矩 =36nm转速 =1,455r/min转动惯量 =0.0209kgm2 （ 这里不做说明）本文中的设计选用的电动机为y系列电动机，型号为y132s1-2，p=5.5kw4.2.3 y系列电动机y系列电动机是一般用途的全封闭自扇冷式鼠笼型三相异步电动机。安装尺寸和功率等级符合iec标准，外壳防护等级为ip44，冷却方法为ic411，连续工作制（s1）。适用于驱动无特殊要求的机械设备，如机床、泵、风机、压缩机、搅拌机、运输机械、农业机械、食品机械等。 y系列电动机效率高、节能、堵转转矩高、噪音低、振动小、运行安全可靠。y80315电动机符合y系列（ip44）三相异步电动机技术条件jb/t9616-1999。y355电动机符合y系列（ip44）三相异步电动机技术条件jb5274-91。y80315电动机采用b级绝缘。y355电动机采用f级绝缘。额定电压为380v，额定频率为50hz。功率3kw及以下为y接法；其它功率均为接法。电动机运行地点的海拔不超过1000m；环境空气温度随季节变化，但不超过40；最低环境空气温度为-15；最湿月月平均最高相对湿度为90%；同时该月月平均最低温度不高于25。 本设计通过综合考虑y系列电机的使用性能，确定在电气传动系统中使用y系列电机。并且在详细地查阅过y系列电机技术参数表后，选择y132s1-2型号电机。图4.2 y132s1-2三相异步电动机4.3 变频选型设计4.3.1 变频器的选型电动机的容量和机械负载特性是选择变频器性能和型号的依据。使用变频器来进行速度调节控制的电动机，具有启动时的电流小，可以完成连续调速，而且最高转速不受电源高低地影响，在低速条件下运转的时候是恒转矩输出。在选择变频器前要对控制对象地负载特性进行分析，并选择电动机的容量。选取地变频器类型首先要符合用途合适的条件，然后对变频器的容量进行确定。变频器的选型原则：根据机械设备对转速和转矩的要求，来确定机械设备需要地最大输入功率。可通过公式（4.4）计算: （4.4）式中: p 机械要求的输入功率，kw；n 机械转速，r/min；t 机械的最大转矩，nm。根据所选电动机的参数可计算得：变频器要求电动机地调速范围，要能够尽可能的符合电机的同步转速，使得电动机的负载能力得到相对的提高。若要使电动机可以在短时间的转速超过同步转速的情况下也能够继续工作，那么实时的转速必须小于电动机的最大速度。最后，根据变频器的额定电流和输出功率比电机额定电流和额定功率稍微大一点的使用原则，来确定适合的变频器的参数和型号。按照本文设计的电动机功率要求，和相关保护条件和安装方法（分布式控制柜），变频器的选择应该与电动机的功率相搭配，即变频器的功率应大于5.5kw且避免效率浪费。在这种情况下，使用分布式地系统建立一个profinet通信是很便捷的。所以，在这里我们选用了siemens 的sinamics g120d 分布式变频器6。4.3.2 sinamics g120d分布式变频器1. sinamics g120d变频器说明西门子新型 sinamics g120d 分布式变频器系列如图4.2，是用于完成要求苛刻的驱动任务的解决方案，尤其可在输送系统领域内使用。sinamics g120d 可对三相异步电机执行平稳的闭环转速控制，满足输送系统应用中的全部要求，即从简单的频率控制一直到要求苛刻的矢量控制。表4.2 sinamics g120d 技术数据电气数据 g120d 输入电压 3 相 380v ac 3 相 500v ac + 10% - 15% 功率范围 0.75kw 7.5kw输入类型 it，tn，tt 输出频率 0 - 650hz控制技术 v/f，fcc，无传感器矢量控制 (slvc)，带编码器反馈的矢量控制数字量输入 最多6点数字量输入，取决于控制单元，24v dc数字量输出 2点数字量输出控制接口 profibus、profinetsinamics g120d拥有ip65的高防护等级地完美地模块化结构。支持可用性高的设备，能够无缝集成到机械设备，且可以最大限度地减少备件库存。它的电源模块里面有再生反馈能力的设计，可以大大的节省电力。通过profibus或profinet通信系统，这种驱动器可以与siemens tia系列自动化进行最佳地集成使用。 该系列不同设备的类型，输出功率可以达到从0.75千瓦至7.5千瓦的超大输出范围，可以广泛地应用在驱动解决方案中。表4.2和表4.3为sinamics g120d技术数据表和功能表。图4.2 sinamics g120d 分布式变频器表4.3 sinamics g120d功能表功能 g120d软件功能 可编程斜坡升速时间0.650s，斜坡平滑；变频器在电源电压消失或出现故障后重新上电时的故障确认和自动再起动功能；捕捉再启动: 电动机在转动的情况下实现变频器和电机重新连接；信号在驱动器中通过自由功能块进行本地预处理；可切换的3组电机数据；使用一个内部pid控制器实现简单过程控制；定位降速斜坡；动能缓冲；保护功能 电机过热（ptc/kty，i2t）、电源装置与负载占空比监视、过电压和欠电压、接地故障、防失速、装置/系统保护功能集成的安全功能 sto，ss1，sls通过profisafe进行控制可控制的电机 感应电机2.sinamics g120d优点（1）集成和模块化： 具有极强的扩展性能，即使在未来设备的驱动解决方案中使用也能满足需求，自我维护极高且操作极其简单.（2）具有集成的安全功能：它拥有的sto、ss1和sls功能世界范围内独有的，无需传感器。可以提供安全地无缝集成自动化和驱动环境，且是驱动系统建设成本降低。 （3）能量回馈特性可以很好地节省能源：降低空间和能源的需求，没有制动电阻或断器；无需使用电源电抗器；输入地电源零谐波反馈值接近于零，所以器械对热功率损耗比较低；与同类型的变频器相比，siemens g120系列输入电流可以降低至原来的百分之八十。（4）通过profibus和profinet进行连接：这种将变频器直接地集成到全集成自动化的环境中，可以降低设备接口成本，且实现车间范围内的组态。4.4 减速机的选择设计4.4.1 减速机所需参数计算1.计算减速机的输出转速 （4.5）2.需要的减速机传动比 对于四级电动机，额定转度大约是1450r/min （4.6）3.惯性外矩惯性外矩由负载对链条的作用（）,链条总重量（）,和被拖随部分质量（） （4.7）要考虑对齿轮减速机的使用系数要求,冲击载荷或 与的比值必须首先确定,由冲击负荷和每天24小时内的工作时间（三班轮换）决定使用系数大约为1.4到1.6，使用系数与机器使用开关频率也有一定关系。4.选择减速机 所需的最大额定转矩为： （4.8）通过上述一系列的计算，可以求得以下减速机的技术参数输出转矩：传动比： 使用系数： （4.9）本文中地设计是，通过综合考虑k系列螺旋伞齿轮减速机的使用性能，确定在电气传动系统中使用k系列螺旋伞齿轮减速机。并通过查找k系列螺旋伞齿轮减速机技术参数表：5.5kw 的k87螺旋伞齿轮减速机技术参数完全符合计算所得参数，所以选择5.5kw的k87型号螺旋锥齿轮减速机。5.径向力检查减速机径向力的产生： （4.10）这里，m是变速箱输出轴转矩。在问题中根据不同应的用（静态和动态的组件划分，开关频率）m需要确定。d 表示地是变速箱轴上地齿轮，链条轮等轮的直径。如果链条再工作地过程中，有预紧力产生，那么下面这些必须被考虑： （4.11）根据目录说明，这个值高于允许的径向力与标准轴承布置，应该使用增强的输出轴轴承，所以选择k88螺旋伞齿轮减速箱是符合的。4.4.2 输出轴承装置设计重新计算加速过程1.计算轴承是否可以提供所需的加速度接下来的计算中要用到所需的加速转矩，所以： （4.12） （4.13） （4.14）当输出扭矩是28nm时，加速转矩低于电机额定转矩（36nm），所以可以达到需要的加速度。当功率为4kw时，下一个电机功率的大小理论上会达到所需值的极限，因此，这种情况用于特殊功率条件的时候。然而，考虑牵引阻力和摩擦值在开始工作时的不确定性和一定的工作需求，应该选用功率为5.5kw的电动机。2.需用加速度 不在链条上的部分通常是被拖拽着的。因此，需要进行检查看是否产生的附加力，使零件和底盘上滑链。而且，在加速地中间过程里允许力必须大于所需牵引力 （4.15） 是汽车底盘框架与链条之间的摩擦系数为了与牵引阻力的计算值做比较，必须大于。上述最小需求值方程用来确定摩擦系数，对在底盘支架下方的材料应做出相应的选择。所以，在这里选则配用增强的输出轴轴承。4.4.3 k系列螺旋圆锥齿轮减速机螺旋圆锥齿轮即螺旋伞齿轮，常用于两相交轴之间的运动和动力传递。圆锥齿轮的轮齿分布在一个圆锥体的表面，其齿形从大端到小端逐渐减小。螺旋伞齿轮传动效率高，传动比稳定，圆弧重叠系数大，承载能力高，传动平稳平顺，工作可靠，结构紧凑，节能省料，节省空间，耐磨损，寿命长，噪音小。图4.3 螺旋圆锥齿轮在各种机械传动中，以螺旋伞齿轮的传动效率为最高，对各类传动尤其是大功率传动具有很大的经济效益；传递同等扭矩时需要的传动件传动副最省空间，比皮带、链传动所需的空间尺寸小；螺旋伞齿轮传动比永久稳定，传动比稳定往往是各类机械设备的传动中对传动性能的基本要求；螺旋伞齿轮工作可靠，寿命长。系列螺旋伞齿轮减速机性能特点：垂直输出、结构紧凑、硬齿面传递扭矩大、高精度的齿轮保证了工作平稳、噪音低、寿命长；安装方式：底脚安装、空心轴安装、法兰安装、扭力臂安装、小法兰安装；输入方式：电机直联、电机皮带联接或输入轴、联接法兰输入；输出方式：空心轴输出或实心轴输出，平均效率为94%。k系列螺旋伞齿轮减速机采用单元结构模块化设计原理，大量减少了零部件种类和库存量，也大大的缩短了交货周期。节省空间，可靠耐用，承受过载能力高，功率可达200kw，能耗低，性能优越，减速效率高达95%以上，振动小，噪音低，刚性铸铁箱体，齿轮表面经高频热处理，经过精密加工，构成了斜齿轮，伞齿轮部件通用性强，维护成本低，特别是生产线，只需要用内部几个传动件即可保证整线正常生产的维修保养。减速机效率高达96%，振动小，噪音低、性能优越、密封性能好、可在有腐蚀、潮湿等恶劣环境中连续工作。图4.4 k系列螺旋伞齿轮减速机表4.4为5.5kw 的k87螺旋伞齿轮减速机技术参数：表4.4 5.5kw 的k87螺旋伞齿轮减速机技术参数输出转速r/min输出扭矩nm传动比i使用系数fs级数p17-52956-296027.88-86.341.37-2.745 链式传输机电气传动系统5.1 链式传输机电气传动系统设计5.1.1 链式传输机电气传动系统工作流程图控制指令plcy132s1-2三相异步电机sinmics g120d分布式变频器链式传输机k87螺旋圆锥齿轮减速机图5.1 链式传输机电气传动系统工作流程图 链式传输机电气传动系统的信号指令控制的过程如图5.1所示。主控制指令有程序技术人员在控制室由控制系统的主机进行下达给plc进行编译和转换，接下来将动作指令传输到sinmics g120d分布式变频器内。控制指令再通过变频器下达到y132s1-2三相异步电机，由于电机直接输出的转速往往和外接输送设备即负载的速度匹配不上，所以在电机后加装一台k87螺旋圆锥齿轮减速机将电机输出转速进行减速，并将最后的执行结果下达至外部设备即链式传输机7。5.1.2 链式传输机电气传动系统电气原理图图5.2 主回路电气原理图 图5.2中fu1,fu2是过载、短路熔断保护，qf1、qf2为系统手动启停开关，变频器设有调速、启停、故障显示三个控制档位。其中，变频器的5号和9号端子为控制电机启停功能的端子，将它们两个联结起来并设置一个ka1逻辑开关。若ka1闭合，则电机启动，反之则停止。rp01和rp02分别代表两台变频器的调速控制部分。两台变频器控制两台电机，两台电机分别带动链条和链条上所安装的传送带进行工作8。 5.2 变频器驱动系统与参数设置5.2.1 sinamics驱动