![]() |
5. Нагрузочные характеристики и расчет мощности привода
Двигатель может быть правильно выбран после того, как построены нагрузочные характеристики, т. е. зависимости скоростей от моментов сил для каждого двигателя, в переходном процессе. Эти нагрузочные характеристики получаем согласно законам движения звеньев робота, которые строим исходя из требуемой технологии и результатов синтеза оптимальных движений. По построенным нагрузочным характеристикам определяем максимальные момент и скорость привода. Если привод обладает ими, то заданный закон движения выполним. В дальнейшем после выбора редуктора оценивается номинальное значение мощности двигателя по известным продолжительностям работы и пауз. Если начальные и конечные значения траектории звена робота ![]()
где ![]() Рис. 24 Изменение угла поворота выходного вала ![]()
Время переключения ![]() Время переходного процесса [4] ![]()
Здесь Уравнение нагрузочной характеристики привода получаем, используя приведенные выше формулы: ![]()
где Для диаграмм на рис. 24 б нагрузочная характеристика ![]()
где ![]() Для диаграмм на рис. 24 в нагрузочная характеристика имеет вид эллипса (как и на рис. 24 а.): ![]()
В формулах
Кроме того, момент инерции ![]() Рис. 25
Нагрузочные характеристики систем привода роботов имеют сложные формы. Рассмотрим, например, кинематическую схему манипулятора, изображенную на рис. 25. Первые три привода (I, II, III) осуществляют качание плечевого, локтевого и кистевого суставов в плоскости. Здесь применимы формулы моментов сил
Ускорения звеньев: в шарнире плеча Длительность переходного процесса ![]()
Здесь ![]() Рис. 26
На рис. 26, 27, 28 показаны рассчитанные нагрузочные характеристики трех систем привода (I, II, III) Приведем известные сведения о расчете мощности системы привода, построенной на основе электродвигателей. Выбор мощности электрической машины определяется ее нагревом, который лимитируется допустимой температурой изоляционных материалов. Допустимая температура соответствует принятому сроку службы изоляции. Различают следующие номинальные режимы работы двигателя. ![]() Рис. 27 Во-первых, продолжительный номинальный режим, который при неизменной нагрузке двигателя длится до тех пор, пока превышения температуры всех частей машины не достигнут установившихся значений. При этом допускают, что двигатель представляет собой однородное тело, имеющее бесконечную теплопроводность, и теплоотдача во внешнюю среду пропорциональна первой степени разности температур двигателя и охлаждающей среды. Температура охлаждающей среды принимается постоянной. ![]() Рис. 28 Во-вторых, кратковременный режим работы, когда участок неизменной номинальной нагрузки чередуется с участком отключения двигателя. При нагрузке превышения температуры машины не достигают установившихся значений, а в отключенной состоянии все части ее охлаждаются до температуры окружающей среды. В-третьих, повторно-кратковременный номинальный режим. В этом режиме чередующиеся рабочие участки с неизменной номинальной нагрузкой и участки отключения двигателя характеризуются такими длительностями, что превышения температуры частей машины не достигают установившихся значений. Продолжительность цикла работы двигателя при повторно-кратковременном режиме работы не превышает 10 мин (без учета влияния пусковых потерь). Данные три режима являются основными. В работе [33] указаны другие пять номинальных режимов работы электрической машины, учитывающие существенное влияние на нагрев пусков, реверсов, холостого хода и т. д. Основным соотношением, соответствующим методу средних потерь, является соотношение ![]()
где
Выбрав некоторый цикл движений звеньев рабочего органа робота, при условии, что он повторяется вдоль всей оси времени, вычисляем по уравнению Лагранжа моменты сил в шарнирах, а также для системы привода одной степени подвижности среднюю мощность ![]()
где ![]()
где i(t) - ток в силовой обмотке двигателя; Iном - номинальный ток. Здесь пренебрегают переменностью потерь в стали и зависимостью механических потерь от нагрузки и полагают сопротивление в цепи обмотки постоянным. Если теплоотдача существенно зависит от скорости вращения, то в последнюю формулу вводятся корректирующие коэффициенты [33]. При расчете мощности двигателя, предназначенного для продолжительного режима работы, но используемого для повторно-кратковременной нагрузки, действует приближенное соотношение ![]()
где ![]()
- длительность рабочего участка; Для системы привода робота независимо от типов теплового режима, рассмотренных выше, нагрузка внутри рабочего участка цикла является переменной. Поэтому следует определять эквивалентные токи и мощности внутри цикла для продолжительного режима. Если реальны сформулированные выше повторно-кратковременный и кратковременный режимы, то эквивалентирование производится для них внутри рабочих участков цикла. Перемещение звеньев рабочего органа робота в пространстве и удержание их в покое благодаря действию следящих систем означает отсутствие участков отключений двигателей от источников питающих напряжений. Нагрузка систем привода в этом состоянии может быть соизмеримой и даже большей по сравнению с режимом движения. Поэтому основным тепловым режимом в этом случае является продолжительный режим. Кроме того, при выполнении роботом разнообразных операций один цикл нагрузки двигателей отличается от другого. В этом случае выбор мощности двигателей производят исходя из наиболее тяжелого цикла продолжительного режима работы. |
![]()
|
|||
![]() |
|||||
© ROBOTICSLIB.RU, 2001-2019
При копировании материалов проекта обязательно ставить ссылку на страницу источник: http://roboticslib.ru/ 'Робототехника' |