电气传动和机械传动 论文.docx

西安技师学院预备技师电气维修专业毕业论文西安技师学院工业自动化系11届预备技师毕业设计（论文）电气传动和机械传动在拨车机中的应用姓 名：关龙涛专业班级：11届电维预备技师班指导教师：秦 婷日 期：2011-6-6成绩：优 良 中 及格 不及格目 录一、绪论21、电气传动和机械传动概述22、C型翻车机系统中拨车机的功能描述22.1、C型翻车机简介22.2、拨车机功能描述22.3、拨车机整机工作流程23、拨车机所涉及的电气与机械传动23.1、变频器简介23.2、拨车机电气设计要求33.3、拨车机机械传动设计要求3二、电气传动31、电气传动的简介31.1、电气传动的概念31.2、电气传动的特点31.3、电气传动中电机的分类32、电气传动主要电动机介绍42.1、直流电动机简介42.2、步进电机简介42.3、舵机简介43、三相异步电机的简介和选用43.1、三相异步电机的简介43.2、三相异步电机的选用5三、机械传动51、机械传动的概念以及分类51.1、机械传动的概念51.2、机械传动的分类52、主要的机械传动介绍51.1、链传动简介51.2、齿轮传动51.3、蜗轮蜗杆传动简介63、丝杠滑台的简介和选用63.1、丝杠传动简介63.2、丝杠滑台的选用64、气动元件简介和选用64.1、气动简介64.2、气动元件的选用7结论7致谢7参考文献8附录8附录一：拨车机流程图9附录二：变频器参数设置10附录三：气动原理图11附录四：滑台机械加工图12附录五：固定座机械加工图13附录六：拨车机装配三视图14内容提要机电一体化在现实生活中被一再的强调，重视。一个电气项目需要机械结构和机械传动来体现，而一个机械项目也需要电气回路和电气传动来实现功能。在高度生产自动化的大背景下，二者密不可分，紧紧相连。电钳不分家已经得到广泛的认可，并在实际的教学和生产实训中得到了应用。在实际生活生产中把机械传动和电气传动完美的结合，不仅可以提高设备的生产效率，也可以提高劳动者的生产效率。关键词：电气 机械 结合 传动 效率 合理电气传动和机械传动在拨车机中的应用一、绪论翻车机是一个复杂的工业设备，主要用于翻卸各种准轨铁路敝车运载的煤碳、矿石及其他散装物料。许多电气传动和机械传动在其中得以应用，通过对翻车机系统模型的制作，充分的领会了机电一体化的含义。1、电气传动和机械传动概述自从人类发明并掌握各种机械帮助自己劳动以来，就需要有推动机械的原动力，除人力本身外，最初使用的是畜力、水力和风力，在力的传递过程中，人们渐渐地发明后来又发明一些简单的零件和机构，形成了机械传动。随着社会的推进，人们发明了蒸汽机、柴油机、汽油机，机械传动得到了广泛的应用，后来有了电，人们又发明了电动机，至此电气传动才产生，随后电气传动和机械传动便密不可分，紧紧相依。2、C型翻车机系统中拨车机的功能描述2.1、C型翻车机简介翻车机也叫铁路货车翻卸机，在港口、钢厂和电厂中应用较为广泛。矿井下的矿车也大多用小型翻车机卸车。C型翻车机属于转子式翻车机，它是由一个设置在若干组支承滚轮的转子构成。当车辆被送入转子内的平台以后，通过压车机构压紧车辆，并和转子一同旋转，将货卸出。由于重量较轻，耗电量小，生产效率较高，所以应用比较广泛。它的工作原理是将敞车翻转到170-180度将散料卸到地下的地面皮带上，由地面皮带机将卸下的散料运送到需要的地方。2.2、拨车机功能描述拨车机是整个翻车机系统中一个重要的单元，它主要是把有料的火车拉入翻车机内，以及推出翻车机内被翻过的空火车，再把空火车推到迁车台上，而进行下一步操作。2.3、拨车机整机工作流程上电后检测牵车厢位和翻车机内是否有车，当都有车时，拨车机大臂落下，快速退回到牵车厢位，电磁铁1获电，慢速向前运动，到达推车厢位时，电磁铁2获电并停留2秒，到达牵车到位限位时电磁铁1失电，拨车机继续前进推空车到迁车台上电磁铁2失电，推车机后退至翻车机禁翻区，大臂收回并快速运动到初始状态。（详见附录一）3、拨车机所涉及的电气与机械传动3.1、变频器简介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，能实现对交流异步电机的软起动、变频调速、提高运转精度、改变功率因数、过流/过压/过载保护等功能。它是把三相或单相交流电变换为直流电（DC）。然后再把直流电（DC）变换为三相或单相交流电（AC）。变频器同时改变输出频率与电压，也就是改变了电机运行曲线上的n0，使电机运行曲线平行下移。因此变频器可以使电机以较小的启动电流，获得较大的启动转矩，即变频器可以启动重载负。变频器通常分为4部分：整流单元、高容量电容、逆变器和控制器。整流单元将工作频率固定的交流电转换为直流电。高容量电容存储转换后的电能。逆变器由大功率开关晶体管阵列组成电子开关，将直流电转化成不同频率、宽度、幅度的方波。控制器按设定的程序工作，控制输出方波的幅度与脉宽，使叠加为近似正弦波的交流电，驱动交流电动机。3.2、拨车机电气设计要求主要的要求是：在牵车和推车向前运动时，和它空载回到初始状态时的速度不一样，前进时由于推着空车，牵着重车，运行要平稳，整体的速度要慢，速度要保持在小于等于15mm/s，这样不至于损伤拨车机和火车皮，还有就是在翻车机内的定位很重要，慢速运行的话定位就越准确，误差会变小。当退回初始状态时，要快速，可以提高效率，速度要保持在20mm/s到25mm/s之间，这样可以节约时间，又不至于太快而损坏拨车机。在我们所学的课程中减速的方法很多，但是多半是减到一个固定值，很难调节，这就为以后调试带来比较多的麻烦。后来选择了变频器，变频器稳定，使用操作简单，速度条件方便。安装接线也方便。3.3、拨车机机械传动设计要求拨车机在前进的过程中要求平稳慢速，还要准确的定位。当牵重火车时大臂所受的力比较大，在这种情况下拨车机自身不能脱轨和翻车。在返回的过程中，速度要求要比较快。而且对于一个电气方面的学生来说，不能要繁琐的机械结构，不能间隙的配合过于苛刻，要简单、实用、易于加工、工作平稳。二、电气传动1、电气传动的简介1.1、电气传动的概念电气传动，是指用电动机把电能转换成机械能，去带动各种类型的生产机械、交通车辆以及生活中需要运动的物品。1.2、电气传动的特点（1）电机的效率高，运转比较经济，（2）电能的传输和分配比较方便，（3）电能容易控制，因此现在电气传动已经成为绝大部分机械的传动方式，成为工业化的重要基础。1.3、电气传动中电机的分类电气传动主要是通过电动机来实现的，电动机不同可以达到不同的控制要求。1.3.1按工作电源种类划分：可分为直流电机和交流电机。 1.3.2按结构和工作原理划分：可分为直流电动机、异步电动机、同步电动机。 1.3.3按起动与运行方式划分：电容起动式单相异步电动机、电容运转式单相异步电动机、电容起动运转式单相异步电动机和分相式单相异步电动机。 1.3.4按用途划分：驱动用电动机和控制用电动机。1.3.5按转子的结构划分：笼型感应电动机和绕线转子感应电动机。 1.3.6按运转速度划分：高速电动机、低速电动机、恒速电动机、调速电动机。2、电气传动主要电动机介绍我们常用的电机并不是像上面说得那么多，现在对我们常用的电机做一下简单的介绍2.1、直流电动机简介直流电动机就是将直流电能转换成机械能的电机。分为两部分：定子与转子。定子包括：主磁极，机座，换向极，电刷装置等。转子包括：电枢铁芯，电枢绕组，换向器，轴和风扇等。直流电动机调速性能好，可以在重负载条件下，实现均匀、平滑的无级调速，而且调速范围较宽。起动力矩大。可以均匀而经济地实现转速调节。2.2、步进电机简介步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。通俗一点讲：当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度（及步进角）。您可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时您可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。2.3、舵机简介舵机最早出现在航模运动中。在航空模型中，飞行机的飞行姿态是通过调节发动机和各个控制舵面来实现的。一般来讲，舵机主要由以下几个部分组成， 舵盘、减速齿轮组、位置反馈电位计5k、直流电机、控制电路板等。舵机控制电路板接受来自信号线的控制信号，控制电机转动，电机带动一系列齿轮组，减速后传动至输出舵盘。舵机的输出轴和位置反馈电位计是相连的，舵盘转动的同时，带动位置反馈电位计，电位计将输出一个电压信号到控制电路板，进行反馈，然后控制电路板根据所在位置决定电机的转动方向和速度，从而达到目标停止。3、三相异步电机的简介和选用3.1、三相异步电机的简介三相交流异步电动机是领先交流电压运行的电动机，广泛应用于电风扇、电冰箱、洗衣机、空调器、电吹风、吸尘器、油烟机、洗碗机、电动缝纫机、食品加工机等家用电器及各种电动工具、小型机电设备中。基本原理：(1)当三相异步电机接入三相交流电源时，三相定子绕组流过三相对称电流产生的三相磁动势（定子旋转磁动势）并产生旋转磁场。 (2)该旋转磁场与转子导体有相对切割运动,根据电磁感应原理,转子导体产生感应电动势并产生感应电流。 （3）根据电磁力定律，载流的转子导体在磁场中受到电磁力作用，形成电磁转矩，驱动转子旋转，当电动机轴上带机械负载时，便向外输出机械能。3.2、三相异步电机的选用为了实现拨车机前进和退回不一样的速度，我们使用了变频器对工频进行调节，变频器的输出为三相380V，所以要选择三相电机。在三相电机中，三相异步电机最为常见，它的调速方法多样有，其中的变频器调速方法适用于要求精度高、调速性能较好场合。主要特点有：效率高，调速过程中没有附加损耗；应用范围广，可用于笼型异步电动机。在选择三相电机之前，我们已经购买了螺距为3mm的梯形丝杠，我们国家的工频为50Hz，则变频器调节频率最好不要超过50Hz，根据控制要求最快运行速度在20mm/s到25mm/s之间，则电机的转速=20-25mm/s3mm/r60s=400-500r/min，也就说电动机的转速应大于等于400r/min，最终在调查市场的过程中选中，带减速器的三相异步电动机，原转速为1380r/min，减速后为400r/min。三、机械传动1、机械传动的概念以及分类1.1、机械传动的概念机械传动是利用机械方式传递动力和运动的传动。1.2、机械传动的分类机械传动按传力方式可分为 ：链条传动；齿轮传动；皮带传动；涡轮涡杆传动；棘轮传动；曲轴连杆传动；气动传动；液压传动（液压刨）；万向节传动；钢丝索传动（电梯中应用最广）；联轴器传动；花键传动。2、主要的机械传动介绍1.1、链传动简介链传动是由两个具有特殊齿形的的齿轮和一条闭合的链条所组成，工作时主动连轮的齿与链条的链节相啮合带动与链条相啮合的从动链轮传动。链条传动主要用于传动比要链传动求较准确，且两轴相距离较远，而且不宜采用齿轮的地方。这就是我们常见的自行车链轮链条传动原理。1.2、齿轮传动简介齿轮传动是由分别安装在主动轴及从动轴上的两个齿轮传动相互啮合而成。齿轮传动是应用最多的一种传动形式。按齿轮轴线的相对位置分平行轴圆柱齿轮传动、相交轴圆锥齿轮传动和交错轴螺旋齿轮传动。齿轮传动平稳，传动比精确，工作可靠、效率高、寿命长，使用的功率、速度和尺寸范围大。例如传递功率可以从很小至几十万千瓦；速度最高可达300m/s；齿轮直径可以从几毫米至二十多米。但是制造齿轮需要有专门的设备，啮合传动会产生噪声。1.3、蜗轮蜗杆传动简介当一个齿轮具有一个或几个螺旋齿，并且与涡轮（蜗轮蜗杆传动类似于螺旋齿轮）啮合而组成交错轴传动时，这种传动称为蜗杆传动。蜗轮蜗杆传动用于两轴交叉成90度，但彼此既不平行又不相交的情况下，通常在蜗轮传动中，蜗杆是主动件，而蜗轮是被动件。主要特点：传动比大，结构紧凑；传动平稳，无噪音；具有自锁性；蜗杆传动效率低，一般认为蜗杆传动效率比齿轮传动低；发热量大，齿面容易磨损，成本高。3、丝杠滑台的简介和选用3.1、丝杠传动简介3.1.1简介：丝杠是将回转运动转化为直线运动，或将直线运动转化为回转运动的一种传动结构。典型的丝杠由螺杆、螺母和滚珠组成。它的功能是将旋转运动转化成直线运动，这是滚珠螺丝的进一步延伸和发展，这项发展的重要意义就是将轴承从滚动动作变成滑动动作。由于具有很小的摩擦阻力，丝杠被广泛应用于各种工业设备和精密仪器。3.1.2特点：丝杠传动，钢性较好，可以传递较大扭力，位置准确，频繁换向时容易产生冲击振动。尤其丝杠中的滚珠丝杠，传动效率高达90%98%，为滑动丝杠副的24倍，能高效地将扭力转化为推力，或将推力转化为扭力。定位精度高,滚珠丝杠副传动过程中温升小、可预紧消除轴向游隙和初级弹性形变、可对丝杠进行预拉伸以补偿热伸长，故可获得较高的定位精度和重复定位精度。3.2、丝杠滑台的选用由于在电气传动方面选择了三相异步电机，三相异步电机一般体积较大，不易移动，所以放弃了齿轮齿条传动，再根据要把电机的回转运动化为拨车机的直线运动，在学校也经常见到丝杠滑台的传动，总的来说技术比较成熟，所以选择了丝杠滑台传动。准确的达到目的有比较简单。由于拨车机的大小设置，我们选定了12，长度为1m的梯形丝杠，在市场这种丝杠可供选择的螺距并不多，最后根据丝杠来确定电动机的转速。4、气动元件简介和选用4.1、气动简介简介：气动就是以压缩空气为动力源，带动机械完成伸缩或旋转动作。因为是利用空气具有压缩性的特点，吸入空气压缩储存，空气便像弹簧一样具有了弹力，然后用控制元件控制其方向，带动执行元件的旋转与伸缩。从大气中吸入多少空气就会排出多少到大气中，不会产生任何化学反应，也不会消耗污染空气的任何成分，另外气体的粘性较液体要小，所以说流动速度快。特点：气动装置结构简单、轻便、安装维护简单。压力等级低、故使用安全。工作介质是取之不尽的空气。排气处理简单，不污染环境，成本低。输出力以及工作速度的调节非常容易。气缸的动作速度一般为50500mm/s，比液压和电气方式的动作速度快。可靠性高，使用寿命长。电器元件的有效动作次数约为百万次。利用空气的压缩性，可贮存能量，实现集中供气。可短时间释放能量，以获得间歇运动中的高速响应。可实现缓冲。对冲击负载和过负载有较强的适应能力。在一定条件下，可使气动装置有自保持能力。全气动控制具有防火、防爆、防潮的能力。与液压方式相比，气动方式可在高温场合使用。由于空气流动损失小，压缩空气可集中供应，远距离输送。4.2、气动元件的选用这次课题的制作是按照实物缩小制作的，在实际当中，拨车机所用的是液压技术，但考虑到液压的成本较高，相比气动而言，液压的污染也较大，而且在以前的课题制作中，气动应用的也比较多，用起来比较方便，可以参考以前的例子。用带磁环的气缸，便于接近开关的检测，而给下一个动作信号，量程的选定要计算拨车机的机械尺寸，以及而后的调试。结论通过对翻车机系统模型中的拨车机关于电气传动和机械传动的选择，简单的介绍了常用的电动机，和常用的机械传动。在一项复杂的机电一体化设备中，机械传动和电气传动互相关联。充分了解他们的功能和特点，可以使两者很好的融合，用简单、合理、经济的方案来实现较高的效率，节省资源。致谢经过两个多月的努力，毕业设计最终在我们小组每个人的努力工作下按时完成。在整个设计制作的过程中，出现过很多的难题，但都在老师和组员的帮助下顺利解决了，通过毕业设计,我深刻体会到要做好一个完整的事情，需要有系统的思维方式和方法，对待要解决的问题，要耐心、要善于运用已有的资源来充实自己。同时我也深刻的认识到，团队精神在一个项目中的重要性。我们五个人缺一不可，我们明确分工，又互相协同合作，每个人都倾其所有的投入到课题的制作中来。还有就是感谢我们的指导老师，秦婷老师，每次我们加班到几点，她就和我们到几点，在开始跑市场的过程中，秦老师更是给了我们莫大的帮助，是我们少跑了许多弯路，解决了不少问题。其次还要感谢那些帮助过我们的，其他专业的老师们，他们都很热