Шаговый двигатель для транспортера на МК. Двигатель для транспортера


Лучший мотор для Транспортера Т3! — Сообщество «Volkswagen Transporter Old Bus (T1, T2 и T3)» на DRIVE2

Полный размер

Хоть я до сих пор так и не являюсь счастливым обладателем Фольксвагена Т3, но по прежнему размышляю над перспективой построить на шасси этого легендарного буса, быстроходный и экономичный кемпер.Некоторое время назад, я уже проводил соцопрос на страницах этого Сообщества, реальных ТТХ по словам владельцев Транспортеров, Каравелей и Мультивенов.www.drive2.ru/c/459831981606214068/www.drive2.ru/c/460094215129436071Признаться результаты завели меня в тупик. Особенно в свете сравнения с моим собственным бусом.Новое продолжение идеи с Т3 получилось неожиданно сегодня. А именно в моем хозяйстве появилась машина с туманным для себя назначением, из которой я достал сегодня двигатель. А когда на него взглянул, просто прифигел!Он обалденно компонуется в Т3!Сейчас в графическом редакторе я наложил его фото на силуэт Транспортера. Собственно то, что Вы видите на первом фото.ТТХ этого агрегата такие:2л, 150л.с. 4ст автомат с овердрайвом и повышающей передачей.6.5 лит/100км для машины, где был установлен.Угадайте от чего)))Такой агрегат позволит навсегда распрощаться с убогой коробкой, которая сводит практически на нет, целесообразность установки более мощных двигателей типа Субару, или 2Е…Друзья, не торопитесь с выводами. Прежде чем публиковать пост я сравнил и промерил оба подкапотные пространства. Действительно, без резки не обойтись, но самую малость. Но и свободного места сзади останется навалом.

Полный размер

Полный размер

10 мес. Метки: двигатель фольксваген т3, акпп фольксванген т3, хороший мотор.

www.drive2.ru

Шаговый двигатель для транспортера на МК 2ZV.ru

Рассказать в:

В практике инженера часто встречаются исполнительные устройства на шаговых двигателях (ШД). Принтеры, факсы, станки с ЧПУ, стиральные машины, дисководы, видеоплееры — вот далеко не полный перечень устройств, использующих ШД. Одно из применений в учебных целях — это радиолюбительские модели, исполнительные узлы роботов, привод редукторов точного поворота антенн... Для ознакомления и практического применения автор разработал макет устройства с ШД ss12 для ленточного транспортера. Устройство можно также применить в качестве привода в станках для точного сверления и калибровки отверстий небольшого диаметра, в транспортерных линиях и т.п.

Применение шаговых двигателей очень широко представлено в промышленности, например, в проявочных (рис. 9.1) и упаковочных машинах (рис. 9.2). Изучение простейших свойств ШД формирует представление о физических принципах работы электромагнитных двигателей.

Рис. 9.1. Проявочная машина с шаговым двигателем

Используя современную электронику, автор собрал устройство на четырех микросхемах и шаговом двигателе от старого принтера (рис. 9.3).

Рис. 9.3. Устройство с шаговым двигателем, разработанное автором

Рассмотрим структуру устройства. АЦП, который тактируется от задающего генератора, снимает напряжение с регулятора r. Это напряжение преобразуется в шестнадцатеричный код (10-разрядный АЦП встроенный в микроконтроллер). Полученные данные преобразуются для достижения целей поставленной задачи. Далее программа задает код работы порта А в зависимости от внешних управляющих сигналов. Этот код отрабатывает драйвер, который возбуждает обмотки ШД.

В данном устройстве все функции контроля выполняет микроконтроллер attiny26 семейства avr от компании фирмы atmel [3, 16] (рис. 9.4).

Рис. 9.4. Структура микроконтроллера attiny26

Драйвер и исполнительные элементы состоят из микросхем l6506 [18] и l298 [17]. Совместное использование этих микросхем дает хороший результат, как по управлению, так и по защите по току в случае перегрузки. Если попробовать собрать подобное устройство на дискретных элементах, то потребуется на порядок больше микросхем.

Конструкцию предлагаемого к рассмотрению устройства следует воспринимать как учебное пособие (рис. 9.5). Она включает в себя пла-

ту управления и шаговый двигатель, подключенный к плате через разъем. Благодаря такому решению, шаговый двигатель можно вмонтировать в любой механический узел или в транспортерное оборудование.

Рис. 9.5. Конструкция рассматриваемого устройства

На плате реализованы следующие функции:

• управление направлением вращения ШД с помощью переключения тумблером;

• пошаговый режим;

• режим вращения с помощью кнопки;

• управление скоростью вращения вала ШД роликом потенциометра;

• управление режимом "стоп-старт" еще одной кнопкой.

К плате можно подсоединить разъем isp для перепрограммирования микроконтроллера. Плата питается от нестабилизированного источника 6,5 В, обеспечивающего ток 700 мА. Подключение внешнего источника осуществляется через разъем питания. Выбранные режимы на плате управления активизируют соответствующие светодиоды, что позволяет судить о правильности заданного режима. Скорость вращения ШД изменяется в пределах 1-1024 об/мин.

Принципы работы шагового двигателя

Существуют два основных типа шаговых двигателей, применяемых в практике:

• с постоянным магнитом;

• с переменным магнитным полем.

Конструкция типичного биполярного шагового двигателя показана на рис. 9.6.

Двигатели с постоянным магнитом бывают биполярными (рис. 9.7) и униполярными (рис. 9.8).

Биполярные двигатели — наиболее простые для решения несложных задач. Они состоят из постоянного магнита вращающегося ротора и окруженного полюсами статора, состоящего из четырех обмоток. Протекание тока в обмотках статора возбуждает ротор, и при последовательной коммутации обмоток происходит ступенчатое вращение. Для двигателя этого типа существует три метода возбуждения обмоток. • Возбуждение обмоток происходит в последовательности ab/cd/ ba/dc (ВА указывает на то, что обмотка АВ возбуждается в противоположном направлении). Эта последовательность известна под названием "одна фаза активна", "полный шаг" или "привод волны". В каждый момент возбуждается только одна из фаз (рис. 9.9).

• Возбуждение одновременно обеих фаз, чтобы ротор выровнялся между двумя положениями полюса. Такой метод называется "две фазы активны", "полный шаг". Это состояние является следующей последовательностью привода биполярного двигателя и дает самый высокий вращающий момент (рис. 9.10).

• Возбуждение одной фазы, потом — двух, потом — одной и т.д., чтобы ротор двигался поэтапно, вращаясь в квадранте. Эта последовательность известна как "ступенчатый метод половины". Полуволна имеет большой угол вращения за шаг двигателя, но слабый вращающий момент (рис. 9.11).

Для вращения в противоположном направлении (синхронизация прежняя) изменяется порядок возбуждения обмоток, на противоположный. Как показано на диаграммах, угол поворота ротора составляет 90°. Промышленные двигатели имеют больше полюсов и достигают угла поворота в несколько градусов, но число обмоток и последовательность привода остаются неизменными.

Униполярный двигатель с постоянным магнитом идентичен биполярному за тем исключением, что у него в каждой фазе используются две обмотки. Это необходимо для того, чтобы полностью изменить поток статора быстрее, чем в двунаправленном приводе (рис. 9.12).

Ротор выполняет тот же путь, что и у биполярного двигателя за тем исключением, что мостовые драйверы заменены простыми униполярными каскадами: четыре транзистора Дарлингтона, или счетверенные транзисторные матрицы Дарлингтона.

Униполярные двигатели более дорогостоящие, поскольку у них — вдвое больше обмоток. Кроме того, их характеризует гораздо меньший вращающий момент при одинаковых габаритах, так как обмотки выполнены из более тонкого провода. Все двигатели с постоянным магнитом генерируют электромагнитные помехи ротором, который ограничивает скорость вращения. При очень высоких скоростях вращения необходим двигатель с переменным магнитным полем.

Двигатель переменного магнитного поля оснащен ротором из нена-магниченного мягкого железа с меньшим количеством полюсов, чем статор (см. рис. 9.12). При этом используется униполярный метод возбуждения пары полюсов статора, чтобы повернуть ротор к полюсам возбуждаемой обмотки ступенчато. Здесь также используют три различных последовательности возбуждения фаз:

• "одна фаза активна" — a/c/b/d;

• "две фазы активны" — ac/cb/bd/da;

• "шаг-половина" — a/ac/c/bc/b/bd/d/da.

Заметьте, что угол поворота ротора составляет 15°, а не 45°. В прошлом униполярные двигатели были более интересны для проектировщиков, поскольку имеют простой выходной каскад. Теперь, когда вы-

пускаются монолитные драйверы напряжения, биполярные двигатели становятся более популярным.

Для правильного генерирования импульса обмотки ШД необходим мостовой коммутатор тока обмотки. Такой коммутатор можно собрать на дискретных элементах. При этом габариты платы управления увеличатся, а в некоторых случаях ухудшатся характеристики выходного каскада. Автор использовал готовый, относительно дешевый драйвер управления биполярным ШД: микросхему l298, в которой реализованы два моста для полноценного управления ШД. Кроме того, драйвер (рис. 9.13) может коммутировать направления тока в подключаемых обмотках ШД в разных направлениях.

По сигналу en А можно быстро размыкать ключи моста. Недостатком микросхемы является отсутствие диодов защиты ключей от обратных токов, поэтому в практическом применении необходимо дополнять схему диодами. Для предотвращения перегрузки по току в схему введен датчик тока rs. Если падение напряжения на этом резисторе выше нормы, то сработает схема защиты по току.

Схема управления шаговым двигателем

Схема управления шаговым двигателем представлена на рис. 9.14.

Питание схемы осуществляется от нестабилизированного источника 6,5 В (ток потребления до 1 А). Для полноценной работы микроконтроллера питание стабилизировано микросхемой ic3. При подаче питания на схему устройства, микроконтроллер автоматически выбирает пошаговый режим. На драйвер ШД питание подается через диод d9 защиты от изменения полярности источника. О включении питания сигнализирует светодиод led3.

Микроконтроллер синхронизирован от кварцевого резонатора частотой 4 МГц. При нажатии кнопки s1 ("Старт/Стоп") активизируется прерывание into, программа в микроконтроллере проверяет состояние порта РА. АЦП считывает уровень напряжения на регуляторе скорости r5 и направление вращения ШД на тумблере s3. Для правильного функционирования АЦП с учетом замечаний в книге [19] автор дополнил схему элементами, влияющими на считывание данных. Питание АЦП, встроенного в микроконтроллер, осуществляется через фильтр высокочастотных помех l3, СП, наводимых ядром микроконтроллера во время работы схемы.

После обработки информации на выводы РАЗ-РА7 подаются импульсы соответствующей последовательности со скоростью, пропорциональной уровню напряжения на r5. Элементы r5, r6, С9 — это своеобразный интегратор для регулируемого напряжения.

В режиме реального времени проверяется состояние вывода РАО микроконтроллера. Если кнопка s2 длительно нажата (около 1-2 с), то микроконтроллер переводит программу в режим скорости вращения ШД. При повторном длительном нажатии происходит переход в пошаговый режим.

Для управления направлением вращения существует трехходовой двухсекционный тумблер s3. Одна его секция включает светодиоды, показывающие направление вращения ШД, а вторая — коммутирует порт РА1 микроконтроллера.

Логика управления ШД реализована в микроконтроллере tiny26. Поскольку этот микроконтроллер не может коммутировать большие токи, применен драйвер l298. Между драйвером и микроконтроллер установлена микросхема А1, которая отслеживает токи обмоток ШД. Для контроля тока в обмотках ШД в драйвере ic2 присутствуют выводы 1 и 15 (sen_a и sen_b). В случае заклинивания двигателя или короткого замыкания на rl, r2 растет напряжение, и микросхема А1 прекращает подачу импульсов на драйвер ic2. В А1 встроены два компаратора и четыре схемы "И".

На входы компараторов А1 (выводы 10 и 15) подается напряжение от датчиков тока двигателя rl, r2 и опорное напряжение (выводы 16 и 17) от резистивного делителя r3, r4. Если напряжение на датчиках тока ниже опорного, то компараторы разрешают прохождение импульсов от микроконтроллера к драйверу ic2. Если напряжение на датчиках тока выше опорного, то импульсы не проходят через А1.

Для питания драйвера ШД к ic2 от источника питания подключен d9, предотвращающий попадание помех от ШД во время работы к схеме управления. Эту же функцию выполняют демпфирующие диоды d1-d8. Обратный ток диодов во время коммутации обмоток сглаживает конденсатор С13.

Программа

Блок-схема алгоритма, управления драйвером шагового двигателя представлена на рис. 9.15. Программа на ассемблере представлена в листинге 9.1, а шестнадцатеричный код — в листинге 9.2.

Согласно блок схеме, в начале программы выполняется установка состояния портов, а также указывается вектор прерывания, который имеет две ветви:

• вектор reset переходит при сбросе программы в начальное состояние;

• вектор into активизируется при нажатии кнопки "start/stop4.

Активным уровнем into считается нулевое состояние на выводе РВ6 микроконтроллера. Активный уровень задается программой и во время сброса не активизируется. В случае активизации into вызывается подпрограмма обработки вектора прерывания, которая запрещает прерывание и проверяет длительность нажатия кнопки. Если кнопка нажата более 1 с, то режим работы схемы управления ШД изменяется на противоположный (если был режим "stop", то программируется режим "start" и наоборот). В режиме "stop" порт А обнуляется, а в режиме "start" — активизируется. При выходе из подпрограммы обработки вектора прерывания разрешается общее прерывание.

После прохождения начальной части программы запускается на преобразование АЦП. На первом этапе необходимо выполнить коммутацию аналогового входа АЦП с помощью встроенного аналогового мультиплексора. Для этого в 0-2 разрядах регистра admux устанавливается соответствующая комбинация нолей и единиц, а в 6 и 7 разрядах admux выбирается источник опорного напряжения. При этом на вывод 17 микроконтроллера нельзя подавать никакого напряжения [19].

На втором этапе в регистре adcsr с помощью разрядов 0-2 задается тактовая частота АЦП путем деления тактовой частоты микроконтроллера (тактовая частота АЦП обязательно должна находиться в пределах 50-200 кГц). Затем разрешается работа АЦП, выбирается режим его работы (в данном случае — одиночное преобразование) и активизируется преобразование, которое длится 25 тактов АЦП. В конце преобразования данные записываются в регистры данных АЦП adcl и adch. Чтение регистров строго определено: сначала — adcl, потом — adch.

Если не предпринимать мер подавления помех, то программа считывания данных АЦП работает нестабильно из-за наводок и шумов от питающей сети. Для защиты входа АЦП применен малый фильтр l3, СП по питанию аналоговой части микроконтроллера. Кроме того, данные считываются четыре раза, суммируются и делятся на четыре путем сдвига вправо с переносом на два разряда. Результат среднего арифметического позволяет достоверно судить о считанном напряжении.

После считывания данных разрешается прерывание и проверяется нажатие кнопки "Старт". В это время программа находится в ожидании команды "Старт". Когда команда "Старт" поступает, программа проверяет, нажата ли кнопка "Скорость/шаг", и при соответствующем режиме разветвляется по одной из двух исполнительных ветвей.

В режиме "Скорость" светодиод led4 гаснет, а в режиме "Шаг" — засвечивается. Для определения режима "Шаг/Скорость" необходима подпрограмма измерения длительности нажатия кнопки. После измерения происходит разветвление программы. Первая ветвь соответствует режиму "Скорость", в котором задается скорость, пропорциональная напряжению, полученному с АЦП. Вторая ветвь соответствует режиму "Шаг". При этом программа ожидает короткое (менее 0,5 с) нажатие кнопки "Шаг".

По мере выполнения операций программа проверяет, в каком направлении задан режим вращения ШД. По соответствующему коду состояния ШД задается код перехода влево или вправо (против часовой стрелки или по часовой стрелке). Начальное положение ШД неопределенно, поэтому порты ввода-вывода обнуляются, и алгоритм вращения ШД повторяется сначала. После отработки выбранного шага программа начинает заново опрос режимов работы ШД. Если все режимы заданы, то программа автоматически продолжает выполнение команд, если же нет — переходит в режим ожидания. Цикл повторяется бесконечно.

Для правильной коммутации фаз автор разработал таблицу кодировки фаз (табл. 9.1). В случае применения униполярных двигателей

или полного режима "шаг, половина, шаг" можно изменить таблицу и дополнить код.

Таблица 9.1. Таблица кодировки фаз

ШАГ

РА7

РА6

РА5

РА4

cod

Примечание

1

1

0

0

0

8

шаг

2

1

0

>

1

0

А

половина

3

0

0

1

0

2

шаг

4

0

1

1

0

6

половина

5

0

1

0

0

4

шаг

6

0

1

0

1

5

половина

7

0

0

0

1

1

шаг

8

1

0

0

1

9

половина

Программа активно использует стек, поскольку микроконтроллер attiny26 имеет в своем составе 254 ячейки ОЗУ. Это позволяет более рационально использовать память программ и повышает гибкость при написании алгоритма.

Плата

Монтажная схема платы представлена на рис. 9.16, а схема разводки— на рис. 9.17. Макет платы для проверки параметров и возможностей ШД, а так же для изучения работы ШД в разных режимах показан на рис. 9.18. Все элементы управления размещены на плате. Выключатель питания находится в блоке питания. Направление вращения двигателя задается трехходовым тумблером, а скорость вращения — с помощью переменного сопротивления (небольших габаритов с колпачком для ручной регулировки). Режимы "Старт/Стоп" и "Шаг/Скорость" задается однократным (менее 2 с) нажатием соответствующей кнопки (для быстрой ориентации кнопки имеют разный цвет колпачков).

Плата оснащена ножками для крепления в любом корпусе. В случае, если мощность двигателя велика (более 5 Вт), для микросхемы драйвера l298 необходим радиатор общей площадью 1000 мм2.

Для демонстрации была разработана монтажная плата из текстолита с двухсторонней разводкой. Автор собрал устройство на макетной плате путем навесного монтажа. Дроссель l3 — 10-100 мкГн (фильтрующий элемент) с током не менее 20 мА. Светодиоды — любого цвета свечения с током не более 8 мА. Кнопки si, s2 — любые, контактного типа.

Тумблер s3 — любой двухходовой (автор применил трехходовой на ток 3 А) на ток в схеме не более 20 мА. Диоды — любые кремниевый на обратное напряжение не менее 30 В и прямой ток не менее 1 А. Все микросхемы (кроме драйвера l298) установлены на панельках для оперативной замены.

Настройка

Для быстрого программирования на плате присутствует разъем isp. Программу с компьютера через программатор можно оперативно внести в микроконтроллер. Это позволяет на базе одной схемы смоделировать различные устройства, по своим назначениям и функциям отличающиеся от рассмотренного примера. Для предотвращения неправильного питания от программатора к разъему sv1 подключен d10.

Рис. 9.18. Макет платы управления шаговым двигателем

Функции тумблера s3 можно расширить, изменив программу. Диапазон скорости вращения вала ШД также задается константами в программе. В начале настройки питание схемы подается на плату без микросхем микроконтроллера tiny26 и l6506, а разъем ШД отсоединен. Если все исправно, то устанавливается l6506 и проверяются уровни напряжения на rl, r2 и r4 (соответственно О В, О В и 0,54 В), после чего устанавливается микроконтроллер.

При включении проверяются импульсы управления на разъеме ШД. В случае соответствия импульсов от микроконтроллера осциллограммам к плате подключается разъем ШД. Далее при подключении ШД и выборе режима "Скорость" необходимо настроить защиту по току. Для этого, устанавливая режим "Скорость" и "Старт", необходимо уменьшить сопротивление r3 с 82 кОм до 62 кОм. Когда вал ШД нормально вращается во всем диапазоне регулировки оборотов двигателя, дальнейшая настройка защиты по току не нужна. Если необходимо для эксперимента увеличить диапазон регулировки оборотов двигателя, то можно уменьшить сопротивление r13 с 47 кОм до 4,7 кОм. В случае, когда микроконтроллер плохо реагирует на кнопку "Старт", необходимо увеличить номинал резистора r12 с 10 кОм до 100 кОм.

В дальнейших разработках устройства можно отказаться от применения микросхемы А1 при условии полной уверенности в отсутствии перегрузок обмоток ШД. При этом элементы r1-r4 и А1 не нужны, а выводы 11, 12, 13 и 14 микроконтроллера ic1 подключаются соответственно к выводам 5, 7, 10 и 12 драйвера ic2.

Файлы к статье Шаговый двигатель для транспортера на МК Раздел: [Устройства на микроконтроллерах] Сохрани статью в:

2zv.ru

Приводы для конвейера - F&F

Приводной механизм конвейера необходим для обеспечения движения его тяговой и грузонесущей частей. В зависимости от способа передачи тягового усилия механизмы подразделяются на:

  • системы с передачей усилия зацеплением;
  • фрикционные системы: одно- , двух-, трехбарабанные:
  • специальные промежуточные механизмы.
Навигация по статье

При передаче усилия зацеплением применяется, в основном, два типа компоновки. Первый — это угловая с применением звездочки или кулачкового блока. Данный привод конвейера располагается на повороте трассы на 90 или 180°. Второй вариант — это прямолинейный или гусеничный тип. Размещается на прямом участке трассы и оснащается приводной цепью и кулаками.

Достоинствами прямолинейного привода конвейера являются:
  • уменьшенный размер приводной звездочки;
  • меньший показатель крутящего момента и габаритов механизмов;
  • возможность монтажа устройства на любом прямом участке трассы конвейера.
Недостатки
  • Высокая сложность и стоимость
По количеству приводных механизмов конвейеры подразделяются на одно- и многоприводные. Последние могут быть оснащены от 1 до 12 промежуточных приводных системы, каждая из которых приводится в работу собственным электромотором. Применение данной схемы даёт возможность значительно снизить нагрузку от натяжения тягового элемента.

От выбора схемы размещения привода конвейера зависит усилие натяжение тягового элемента на различных частях схемы трассы. По этой причине механизмы необходимо размещать таким образом, чтобы снизить максимальное натяжение тягового элемента. Оптимальный путь решение — это применение схем с несколькими приводами. Уменьшение наибольшей нагрузки позволяет установить гибкий тяговый элемент меньшей прочности. Благодаря этому конвейеры с несколькими приводами имеют преимущество над одноприводными системами аналогичной мощности благодаря возможности значительно увеличить длину ленты при условии правильного выбора системы привода.

Главная цель при выборе мест для установки приводных механизмов на трассе конвейера — обеспечить минимальную нагрузку на тяговые элементы. Это поможет уменьшить силу натяжения на поворотных и других участках со сложной конфигурацией.

Оптимальный вариант схемы — размещение приводов конвейера в точках поворота контура трассы.

Если же участок один, то приводной механизм размещается в головной части конвейера, то есть в конце грузовой трассы. В случае, если при перемещении груза конвейером вниз при малом угле уклона сопротивление движению на грузовой ленте больше, чем на обратной то привод располагается в головной части устройства. Если же груз движется вниз при большом угле наклона, то противодействие перемещению грузовой ленте меньше, чем на холостой и приводной механизм располагается в хвостовой части.

Важным требованием сохранения усилия натяжения тягового элемента, необходимого для работы длинного конвейера, является расположение натяжного устройства максимально ближе к приводу. Подбор оптимального количества приводных механизмов определяется по итогам технико-экономического расчета. Считается целесообразной установка меньшего количества механизмов повышенной мощности. Применение прямолинейных промежуточных механических систем в цепных конвейерах со сложной конфигурацией трассы даёт возможность создать наиболее оптимальную силовую схему на всем протяжении передаточного устройства.

Для обеспечения быстрого торможения конвейера и блокировки его обратного перемещения под воздействием силы тяжести перемещения груза в системах работающих под уклоном на входном валу редуктора располагается тормоз. Чтобы предупредить обратное движение грузонесущего элемента под воздействием силы тяжести при нарушении кинематической связи между тормозным валом и приводной частью устройства применяются различные храповые остановы. Привод конвейера цепного типа имеет защиту от обрыва и поломки посредством муфты предельных моментов. Данный передаточный механизм срабатывает при превышении допустимой нагрузки вследствие заклинивания цепи, попадания посторонних предметов и прочих нештатных моментов. Также применяются и ловители — устройства обеспечивающие фиксацию цепи в случае её обрыва.

Основные типы конвейеров и варианты редукторов

Редуктор является основным элементом силовой схемы, обеспечивающим привод конвейера необходимым крутящим моментом и числом оборотов. В зависимости от типа конвейера, его назначения, условий работы и прочих факторов применяются цилиндрические, коническо-цилиндрические, червячные, планетарные и другие типы редукторов, мотор-редукторов и мотор-барабанов различной мощности, широкого ряда типоразмеров и технических параметров.

Одним из наиболее часто применяемых видов транспортных передаточных механизмов является ленточный конвейер. Данный тип транспортного оборудования применяется для транспортировки сыпучих и штучных грузов. Конвейер может иметь прямолинейную, наклонную или комбинированную трассу в зависимости от технологических требований.

Применение в качестве основных элементов привода конвейера мотор-редукторов и мотор-барабанов, а также особенности конструкции обеспечили данному типу устройств следующие преимущества:

  • Высокая производительность благодаря большой скорости ленты.
  • Экономность в расходе электроэнергии.
  • Простота конструкции, монтажа и демонтажа.
  • Простота и малые затраты на эксплуатацию.

Одним из основных параметров, которые учитываются при подборе приводов конвейеров ленточного типа, являются ширина ленты, её тип, материал, угол наклона, нагрузка, наличие или отсутствие разгрузочных устройств. Для этого применяются различные механизмы. В наиболее простом варианте это:

  • Ведущий барабан.
  • Электромотор.
  • Редуктор цилиндрического типа.
  • Соединительные муфты.
  • Защитная и пусковая электроаппаратура.

Помимо ленточных конвейеров, широко применяются винтовые и цепные транспортные устройства. Винтовые конвейеры или шнеки могут быть использованы для перемещения неагрессивных, пылевидных и мелкокусковых материалов температурой от -40 до +80°С, используются в качестве дозаторов, питателей, смесителей.

Важным преимуществом конструкции является возможность транспортировки в сочетании с выполнением различных технологических операций с перемещаемым материалом — охлаждение, перемешивание, грануляция и т. д. Наиболее эффективными вариантами приводов конвейеров винтового типа являются механизмы на базе планетарных и цилиндрических соосных мотор-редукторов.

К понятию цепных конвейеров относятся целый ряд устройств с различными типами грузозахватных органов и вариантов исполнения — пластинчатые, скребковые, подвесные и т. д. Тяговым элементом здесь является одна или две бесконечных грузонесущих цепи. В приводе конвейеров часто используются цилиндрические редуктора и мотор-редуктора.

Всё большее применение в последние годы получили транспортные механизмы с регsулируемой скоростью вращения. Один из распространенных вариантов конструкции — установка в привод конвейера вариатора пластинчатого или планетарно-фрикционного типа.

Мотор-барабаны и мотор-редукторы в приводе конвейеров

Мотор-барабаны

Частым решением для ленточных конвейеров является применение мотор-барабанов — компактных устройств состоящих из встроенного электромотора, редуктора, клеммной коробки для подключения к электросети и корпуса барабана. Такая конструкция удобна благодаря следующим факторам:

  • Компактные размеры, что удобно для прямых переносных и передвижных конвейеров.
  • Полной герметичности наружного корпуса, что является основным требованием обеспечения долговечности при работе в условиях повышенной влажности и агрессивной среды.
  • Удобство применения на предприятиях к высокими требованиями к чистоте рабочего пространства, например пищевой промышленности. Применение мотор-барабана позволяет исключить контакт движущихся механизмов и смазочных материалов с внешней средой без дополнительных мер защиты.
  • Надежность конструкции благодаря отсутствию перекосов валом электромотора, редуктора и приводного барабана, а также отсутствию в конструкции предохранительных муфт.
  • Данный привод конвейера прост в установке благодаря отсутствию необходимости в выверке и соединению всех элементов. Достаточно лишь установить шейки вала в соответствующие пазы рамы конвейера.
  • Высокий КПД благодаря минимуму соединительных элементов.
  • Минимальный износ и шум при работе устройства.
  • Малый вес благодаря отсутствию специальной рамы, чугунного корпуса и соединительных муфт.

Всё вместе это обеспечивает легкость и удобство в эксплуатации, экономное энергопотребление и более высокий КПД в сравнении с другими типами привода равной мощности. Важным преимуществом является пыле- и водонепроницаемое исполнение, что удобно при эксплуатации снаружи либо в пыльных и сырых помещениях.

Вышеуказанные преимущества обеспечили данному типу привода конвейера широкое применение в ленточных передаточных механизмах самого различного типа и назначения. Кратко остановимся на основных элементах мотор-барабана:

  • Барабан с поверхностью бочкообразной формы, что обеспечивает центрирование ленты при работе оборудования.
  • Монтажные шейки вала с надежным уплотнением для подключения к конвейеру.
  • Зубчатые передачи и подшипники. Передачу зацепления обеспечивают штампованные зубчатые колеса из высококачественной стали, с твердостью порядка HRC 60–62.
  • Клеммная коробка. Изготавливается из серого чугуна и имеет высокую пыле- и влагозащиту.
  • Электромотор, статор которого вращается с требуемой частотой, а крылья ротора работают как вентиляторы.

Мотор-барабаны на привод конвейера выпускаются как в стандартном исполнении, так и со специальной изоляцией, защищающей от сырости и паров кислоты, взрывобезопасные устройства, системы с переключением полюсов и т. д. Для предотвращения обратного хода ленты при эксплуатации наклонных устройств в случае отказа привода применяются специальные блокировки отката, функцию которых выполняют роликовые муфты свободного хода (обгонные).

Мотор-редукторы

Не менее широкое применение, чем мотор-барабанные приводы получили и навесные мотор-редукторы . Они используются в ленточных, скребковых, пластинчатых и других типах транспортных машин. Обычно привод конвейера данного типа посредством полого выходного вала редуктора насаживается на приводной вал транспортного механизма. В качестве защиты от проворота используются, как правило, моментные рычаги. Эти устройства с одной стороны жестко зафиксированы на корпусе редуктора, а с другой стороны, через демпфер, со стационарными элементами оборудования.

Основные преимущества навесных мотор-редукторов :

  • Навесной привод конвейера в сравнении с обычной конструкцией даёт возможность уменьшить габариты устройства, обеспечить более удобную компановку.
  • Значительное снижение массы механизмов, что особенно важно для переносных конвейеров.
  • Упрощение операций монтажа и демонтажа.
  • Упрощение и снижение затрат на обслуживание.
  • Упрощение проектирования благодаря отсутствию жесткой связи с неподвижными элементами (лапами, фланцем и т. д. )

Возможны различные варианты крепления мотор-редукторов в приводах конвейеров с использованием разнообразных конструкций полых выходных валов редуктора:

  • Полый вал со шпоночным пазом. Применяется для непрерывно работающих конвейеров с равномерным характером прилагаемой нагрузки.
  • Валы полые без шпонпаза с фиксацией стяжной муфтой к ведомому валу. Применяются при ударных нагрузках и большом количестве пусков и остановок.
  • Шлицевые валы.

Для приводов конвейеров навесного исполнения применяются и различные типы редукторов, в частности плоские цилиндрические с параллельными входным и выходным валами, червячные, конические и спироидные.

Нередко конструктивным решением является установка двух приводов, которые обеспечивают вращение общего вала. Это позволяет обеспечить более высокую экономичность в процессе эксплуатации, но значительно усложняет проектирование из-за необходимости обеспечить синхронность вращение и равномерное распределение нагрузки на каждый привод конвейера.

Двигатели привода конвейеров

Несмотря на то, что приводы конвейеров разнятся по техническим характеристикам и конструктивным особенностям, электродвигатели соответствуют сходным требованиям, что позволяет их объединить в одну конструктивную группу. В первую очередь, это отсутствие необходимости в регулировании скорости для большинства транспортных машин. Реже требуется небольшое регулирование в пределах 2 к 1, ещё реже более высокие показатели.

Что касается окружающих условий, то электромоторы приводящие в действие привод конвейера во многих случаях работают в запыленных или влажных помещениях, при высоких или низких температурах окружающего воздуха. Также возможна работа снаружи, в условиях агрессивной окружающей среды и т. д. Это необходимо учесть при подборе оборудования.

Привод конвейера, как правило, работает в условиях высокого статического момента сопротивления покоя. Часто он превосходит номинальный момент из-за различных причин, среди которых не последнее место занимает загустевание смазки в узлах трения. Поэтому электромотор должен отвечать высоким требованиям надежности, простоты технического обслуживания. Также он должен обеспечивать высокий момент при запуске.

В зависимости от конструкции и сферы применения имеются и дополнительные требования, как например:

  • плавный пуск;
  • небольшое регулирование скорости;
  • предотвращение пробуксовывания ленты;
  • синхронное вращение нескольких электромоторов приводов конвейера и т. д.

Для решения этих и многих других задач оптимально подходят асинхронные электромоторы с короткозамкнутым или с фазным ротором.

При проектировании привода конвейера мощность электромотора подбирается методом постепенного приближения параллельно с расчетом и подбором всего оборудования.

  • Сначала ориентировочно рассчитывается тяговое усилие и натяжение.
  • Далее, на основании этих данных, производится предварительный выбор мощности мотора и механического оборудования.
  • На следующем этапе проектирования создаётся уточненный график зависимости натяжения ленты с учетом потерь от длины.
  • И завершает проектирование выбор места расположения электромотора, редуктора и других элементов привода, производится проверка оборудования по действующим силам и натяжению.

Основные особенности компоновки и расположения приводов конвейеров обозначены выше, в соответствующем разделе данной статьи.

Основной составляющей проектирования приводов конвейеров является диаграмма тяговых усилий. Для этого вычерчивается трасса транспортной машины, с точным расположением всех элементов и особенностей конфигурации. Затем определяются потери на каждом участке, и на основании этого рассчитывается тяговое натяжение по всей длине.

После построения диаграммы определяется оптимальное место на трассе где должен быть размещен привод конвейера. При высокой протяженности транспортного механизма устанавливается несколько приводов с отдельными электромоторами для равномерного распределения и минимизации усилий.

Основные типы муфт

Обгонная муфта

Одним из основных устройств безопасности, которым комплектуется современный привод конвейера, является обгонная муфта.

Конструкция позволяет передавать крутящий момент только в одном направлении, в противоположном муфта вращается только при холостом ходу.

Таким образом, предотвращается самопроизвольное движение конвейера распложенного под наклоном при отключении электромотора или других неисправностях. Существуют различные типы обгонных муфт, основными элементами конструкции являются внутреннее и наружное кольцо, ролики и пружины. Внутренне кольцо имеет специальную звездообразную форму. Муфты могут быть как в корпусе, так и без него, вместе с опорными подшипниками или без них.

Зубчатая муфта

Наиболее широко применяемым элементом приводов конвейеров является муфта зубчатая. Она применяется для соединения соосных валов.

Зубчатая муфта позволяет компенсировать незначительные радиальные и угловые смещения.

Зубчатые муфты выпускаются стандартных типоразмеров (МЗ-1, МЗ-2, МЗ-3 и т. д.), для подсоединения через промежуточный вал применяются муфты МЗП.

Втулочно-пальцевая муфта

Привод конвейера работающий в условиях ударных нагрузок и частых пусков-остановок оснащается упругой втулочно-пальцевой муфтой (МУВП).

МУВП предназначен для соосного соединения валов. Она состоит из двух полумуфт, которые соединяются между собой крепежными элементами с эластичными резиновыми втулками.

Также они позволяют работать при несоосности до 1°. Его параметр зависит от диаметра посадочного отверстия — от 0,2 мм при диаметре менее 38 мм. до 0,6 мм при диаметре более 90 мм. МУВП выпускаются с расточкой под цилиндрический и конический конец вала.

Заключение

Широкая номенклатура редукторов, мотор-редукторов , мотор-барабанов и других конструктивных элементов позволяет создать привод конвейера полностью соответствующий специфике производства, особым условиям эксплуатации, техническим и экономическим требованиям. Сегодня отечественные и иностранные производители и их официальные дилеры предлагают широкий ассортимент устройств для приводной техники. Но следует помнить, что работоспособность устройств зависит от грамотного расчета, точного подбора оборудования в соответствии с типом нагрузки, размером тягового усилия и другими факторами. Важную роль играет и надежность узлов и оборудования, которой характеризуется продукция ведущих европейских и мировых брендов.

fif-group.ru

Мощность двигателя ленточного конвейера

Поиск Лекций

, кВт (1)

где – коэффициент запаса

W0 – тяговое усилие

– КПД механизма

Величину тягового усилия определяют из выражения:

, Н

где – обобщенный коэффициент местных сопротивлений выбирается по таблице в зависимости от расстояния между осями концевых барабанов конвейера

L
4,5 3,2 2,8 2,6 2,4 1,7

 

L
Кq 4,5 3,2 2,8 2,4 1,7 1,7 1,5

, , – линейные силы тяжести насыпного груза, ленты, вращающихся частей роликов на верхней и нижней ветвях ленты

– коэффициент сопротивления движению верхней ветви ленты

Н – высота подъема материала, Н = 0

Линейная сила тяжести насыпного груза определяется из выражения:

, Н/м (2)

где Q – производительность конвейера, т/ч

g = 9,8 м/с 2 – ускорение свободного падения

Значения , qвр, qвн определяются по таблице в зависимости от ширины ленты

Средние величины линейных нагрузок от массы ленты и вращающихся частей роликоопор

Ширина ленты, мм qл, Н/м qвр,Н/м qвн, Н/м
3,6 7,8 2,2
4,6 8,2 2,7
5,9 9,6
19,2
22,2 8,5
16,8 26,6 12,2
19,6
26,7 33,5
33,4 62,5 28,5

Производительность конвейера можно определить из выражения:

, т/ч (3)

где V – объем производительности конвейера, м 3/ч;

Р – насыпная масса материала, т/м 3.

Проверку двигателя по условиям пуска осуществляют из условия:

Мст – максимальный статический момент нагрузки,

, (4)

где Мпуск – пусковой момент выбранного двигателя,

, (5)

ki – кратность пускового момента

Мн – номинальный момент двигателя,

, (6)

Мощность двигателя выбирается из условия:

Частоту вращения двигателя для проверки привода конвейера определяют из выражения:

, об/мин (7)

где v – скорость движения ленты, м/с

i – передаточное число редуктора

Dб – диаметр приводного барабана конвейера

 

Определение мощности двигателя элеватора

, кВт (1)

где – коэффициент, учитывающий неучтенные потери мощности

W0 – тяговое усилие на приводном барабане элеватора, Н

v – скорость движения ленты с ковшами, м/с

– КПД приводного механизма

Тяговое усилие может быть найдено из выражения:

, Н (2)

где – коэффициент, учитывающий сопротивление на приводном барабане и на натяжном барабане

– линейная сила тяжести поднимаемого груза, Н/м

, Н/м (3)

Н – высота подъема

Q – производительность элеватора, т/ч

Wзач – сопротивление зачерпыванию

, Н

– коэффициент зачерпывания

Частота вращения вала двигателя элеватора определяется:

, об/мин (4)

где i – передаточное число редуктора элеватора

Dб – диаметр приводного барабана

Двигатель выбирают из условия:

Электрооборудование металлообрабатывающих станков

 

Определение мощности двигателя токарного станка

, кВт (1)

где – удельное сопротивление резанию, Н/мм 2

g – сечение стружки, мм 2

v – скорость резания, м/с

– КПД станка

Определение мощности двигателя фрезерного станка

, кВт (2)

где – удельное сопротивление фрезированию, Н/мм 2

В – ширина слоя захватываемая фрезой, мм

t – глубина слоя, мм

n – число оборотов фрезы, об/мин

S – подача на один оборот фрезы, мм

– КПД станка

 

poisk-ru.ru

Двигатель для конвейеров

 

Класс 81е, 52

11192

ПАТЕНТ HA ИЗОБРЕТЕНИЕ

ОПИСАНИЕ двигателя для конвеиеров.

К патенту ин-ной фирмы „Братья Эйкгоф, машиностроительный и чугуннолитейный завод" (Oebruder Eickhoff, Maschinenfabrik und Eisengiesserei), в r. Бохуме, Германия, заявленному 23 сентя ря 1926 года (ваяв. свид. № 17774).

Приоритет от 3 ноября 1912 года на основании ст. 5 Советско-германского соглашения об охране промышленной собственности.

О выдаче патента опубликовано 30 сентября 1929 года. Действие патента распространяется на 15 лет от 30 сентября 1929 года.

В прщлагаемом двигателе для конвейеров хгередвижение коробчатого золотника регу.лируется через посредство двуплечего рычага двумя роликавьия, на которые поочереино пействуют два ступенчатых кулака . на поршневом циоке.

На чертеже фиг. 1 изображает продоль- .ный разрез пришивного двигателя; фиг. 2— понеречный разрез но линии А-В на фиг. 1; фиг. 3 — рабочую диаграмму лвигателя; фиг. 4 — mq вверху двигателя и части спуснного жолоба; фиг. 5 — продольный

:разрез двигателя ницоизмененной EOHrTp(х-ции, снабженного раснределительньщ кулаком, устанавливаемым снаружи цилиндра

-с целью регулирования рабгтгы двигателя; фиг. 6 — вид сверху,вадоиз иененной юонструкции; фиг. 7 — разрез по линии С-D (ф,иг. 5).

В двигателе, изобраиеннном на фиг. 1, распределение производится при помощи двикущихся кулаков, каковая система распрезвлвния сама по себе известна. Кула.ки 1 и 1 уиреплены непосредственно на поршневом штоке 2 и дейетвуют поочеред.но на ролики 3 и 3, укрепленные в раме 4, обладающей скользящим явижением в пе. реднем конце цилищра 5. Рама 4 подни мается, югда распределителвный кулак 1 действует на ролик 3, и опускается, когда кулак 1 дейспвует на ролик 3. Двилиние снользящсй рамы 4 при помощи щнлечего рычага 6, шарнирно укреплсвюго на кронштейне 7, нерщзагая тяпе 8 иоробчагого золотника 9, помещающегося в задней частя цилиндра 5. Пои действием кулаков 1 и

1 золотппк 9 перемещается так, что можег устанавливатыся в трех различных mo. лоимиях. Если воловик находится в пологжен|ш, покнзанном на фнг. 1, рабочий агент (напр., сжатый воздух или пар), попадающий через йатрубок 11 в золотниювую коробку 10, проходит в цнлищр; при axe поршень 12 переиещается вперед н, ггпаорачивая передаточный рычаг 13 воируг его неподв1токной точки вращения 14 (фиг. 4), поднимает сиуащой волоб R. С целью утилизиронання расширительной способности рабочыо агента впускной канал 15 на части этого хода порптня закрывавгся, что происходит в тот момент, когда с увтииом 3 приходит в соприкосновение низкая ступень рас угделительнопо кулака $, вследствие чего IipirroII уабочего вещества прерываетОя. При дальивйнем движении порпши высокая ступень распределительного кулана 1

IIlwm8leelr дыьнейшее опускание po-Ijima 3, в виду чего золютник 9 соелиняет впускной канал 15 с вьшгускным каналом 16„ как показаво пункччгром ва фиг. 1. В мо менп прекращани произволимюво рабоче веществюи на юрпнснь давлени.я онправлеяпе движения желоба и изменяется на 00ратное, так что этот жолоб начинает падать, при чем живая аиа падения развиваются ио пех wp, пока рама 4 не брет вновь шюпната низкою ступенью раепределипельнопо кулака 1 . При этси польвие рамы золотник 9 опускащая из своего наивыяпето яюдоиения, покавйннопо IDJBKTlIIром на фиг. 1, настольно, что кайы 15 эакрыВПВхса. ВсжястВиь, этопо припражда ется выход остающемуся в цилнндре 5 рабочему агенту, который, арп дальнейшем

oâèmå ím ilIopiIEHH, сжимается, так что ællIвая сила впускного жолобн нревращастся в работу сжатия. Так как заключенный в цилиндре юбъем уабочепо авенпа весьма мал, то давление. сжатия возрастает ючень быстро II вскоре доспигаиг величины, при которой движение жолооа, почти игновенно

Останавливается.,Благщаря этому, нахюдящаяся в жолобе руда клп иной натериа.п вследствие своей чшрции ютбрасымепса вперед в жолоб точно так же, как если бы последний внезапно был остниовлен соприкосновению с неподвинными упораьж.

Д ля того, чтобы ревероироваиие, дижения жолоба происхо",спло без пютерн времени, изменение направления движения жолоба устанавливаепса уже во время сжатия . высокою ступенью расцределигельнопо кулака 1, а именно тем, что, полойда под ролик 3, юна полнимает риму 4, вслсрствие чепо золотник 9 опуокаеИН и рабочЕму агенту ощрываетса доступ внуч1рь цилиндра. Впусиаемое свежее рабочее вепхество действует с аолною силою на сжатый до ьыооного давления объем аахщяшрпося 8 цилиндре вещенва и, следовательно., повышает давление з цилиндре. БлагЩнря тикОму преднйрннию впуска пзбегавпса полчкюОоразнаа работа жолоба при епо обратном падении, При слщую1цем движении поршня вперед возоблювлянагся описанные выше явления.

Способ действия динзтеля пояснаегся изображенною па фнг. 3 лиаграимою. В точке 1 происхюдиг ранрсщрювание движениж жолоба, при чем ориииата Р .представляет величину, ростигаеиую навланием ори еКатии. Тиж как ииененив оаправления движения поршня л спускного жолоба происходит почти Мгновенно, линии давления слв? ва вониясаетсн,, но rmmc же снова иювышается и во время впуска рабочепо апенпа остается поекннною; это соотвстствует подъему жолоба вместе с лежащею на нем иапрузкюю. Кола впуск уабючепо агента прекращается, начинается расширение, при кютюром давление падает до величины 11.

В этот момент стнрывнстса выпускной KRнал и давление быстро опускается до величины III. Затем выпусвнюй канйс закрьгна ется и иачинаетея сиатие; давление, gelmnгаемое в точкв Ii вследствие сжатия л лрипока свежОМ рабочегО вюпфства, p3I880 начиьному давлению P 3 точке I, т,-е. в момент певерсирования движения жолоба

После этопо колоб снюва иолнимаетса и т. д.

На фиг. 4 показнив соедииение между двлгателем и спуснным жолобом. К нижией стороне пос.иднюго укреплен нроньптвйп 17, с копорыа шаунирню соечиняется олин ию= нец тнпи 18, другой конец кюей сюиенен с рычагом 13. Своболный конец этого рычапа пролодит снвозь вырез 19 поршнсвого штока 2. Так как опуснной желоб дейопвувг ка рычаг 13 всегда в юпнои и том же нЫравлении, то послелний удерживается B conINIкосновенФи иеизменню с юпним и тем же конном названного выреза. Такое устройопво дает возможность легко регулировать длину хора юпусиного жюлоба посредством лаинсоия расстояния жюлоба,от неполвиькnoii точки. вращения 14 или расстоннин двигателя от жолоба, à также располагать аысб яа весьма аалой высоге над пщошвою штрена, В случае значительных колебаний угла наклона жолоба л иапруэки рекомендуются

Применять следующее нидоизмеиеннюе устройогво с применением перестнвного уаспределительного кулака

Порпгневой шток 20 (фиг. 5-7) устроен лолым, для помещения шпинделя 22, по которому может/п ремещатьса снабженное гаечною резбою ушко распределительного кулака 21, могущепо скюльаить в направляющем прорезе поршневопо штока. Наружный конец пняндечя выступает мв пюрпнневопо штока и снабжен флннцем 23, ко- . торый аомещастса в круглой выточке пор шневопо ш пока и удерживаепоя оТ смещения,,покрывающею пластиною 24, так что шпиптдель 22 не макет иивть продольного двипюения относительно штока 20, Поворачиванив шлиндвля 22 с целью осенотю пперемещения распределитеаьнютю кулака 21 ппроизводится при памоппи. рукюятюи 25.

Порппневой шток, ноддерпюивает на своем свободном конце поперечину 26, соединенную с правым кцнцом боковых штанг 27, которые югут скользить в нрвдуамютренных у боковых сторон цилппндра 5 ушках

28. Про лвополяпые, концы боюовых штапг 27 аоедитсены со второю потперечиной 29, с которою сочленен передаточный рычаг 13 . Так как последний скреплен с поперечиною 29 шарнирню, то авободный канец его уктнпен быть сочинен с тачкою 14 подвипюно.

Если впускной жолоб располепюен горизонтальню или нод пгебольшии углом и должен перемещать тинпелый груз, рнснрщелительные кулаки Отодвигаются нюзмоипно дальпте щин ат друтого с целью удлинения нерисда апуака рабочею нпеппга в цилинпр.

Н,а фпя. 5 представлен имению этиг случай, при чем полкюение частей ааотаетогвувт тому моменту, когда -золотлж g, пюд действием распределительного юулака 1, установлен в полопкенни, аткрьпиющем пприток рабочего агента к задней eirIopoaie поршня 30. Залотнппк удериивается в этом положении самим рабочим агентам даие ппосче

ТОРО) Е3К кулак 1 Вьтхюдит ю соприюосно; венин с ролинг 3 . Впуск рабочаго агента в цнлинпр продолжается до пех irepp, пока блипкайший к IEopIIIIHIIO распределителыый кулак 21 не придет э соприкосновение с po«lKHHl 3, всле стние чего впуск IrpeKMщаатся IIr начинится выпуск. Попоженйя, занимаемые после этого подвижньпми частями, показаны на фиг. 5 пупктиром. При мсчезнонении давления позади пюрппня направление движения апускного жалоба реверсирувтся, так что этот жалоб с лежащим а8, нем грузом, под влиянием сюбственното веса, вонвращаетси в пачальную точку, возвращая в то пюв время н поршень. Во время обратного движения спуакного жалоба ж1 аая сила ппоследнвго rraeaaiaiaIo превращается в работу сжатия, всл@инвие чепю даилпеппие жалоба затормаживается m материал пто ппнврцин отбрасывается вперед.

Тем временем распределительный кулак 1 перевцпт золотник в положание, при котором в цилиндр впуюкнепюя свекий рабочий агент, после чего движения чортпня и жоФ лоба,возобновляются в той же последовательности.

Если впускной жалоб располяжн под крутым углом, необхадимо аоатветственпо уменьппить объем ппасту .пающего в цпплнндр рабочего агента. Это достигается тем, что птпиндель 22 поворачивают до твх rroip, пока кулак 21 а m, -иулжу 1 в соответствии с этвии новыми услювля5ти раооты. Изменившееся полажение юулака 21 обусловливает болев раннее прекра; щенке впуска, так что обрашное дважеппе спускного жолоба начинается через более кореючп и прасииуток вреспвни. Слещвательно, пврестаптавливая кулак 1, ивино

morpho регулдровать нроивводпптельнюеть двигателя таким образом, чтобы Она всегда соатввтнтивала ивменяющппися услювням, определяемым изхпененияии угла енклона пли прпза, плп обапл этих факторсв одптовременно.

Буфенныв пружнны 31, расположенные а боковых штангах 27 мепкду цптлпнкпрюм и заплечнюаспи 32 этих штанг и eoeIi,aiaIoaяые либо с цилинщвм, юак показано на чертеже, либо с поперечиною 29, служат gëÿ предупрккдвпия жестюих ударов иепкцу порпнем и рамою 4, с одной спюроны, и пюпервчипою 29 и крышкою 33 зоепитниюсвой коробки — с ддтой стороны, Боковые штанги 27 образуют удобное прпспособление для перенесанппя двигателя с одного рабочетю места на друпюе.

П p 8Ir xeT ilre тепта.

1, Двигатель для ппоннюйеров, оптичающпйся применением на. поршневом штоке 2, с вырезом gmr перепвпочного рычага 13, ступтепчатых юулаюв 1 н 1 (фиг. 1 н 4), действующих поочередно на, кюятактв ые ролики 3 Iir 3 рамы 4, связа пай прпт помощи двуплечего рычага 6 и тяни 8 с коробчатьйм золотником 9 цилиндра 5.

2. Видоизменение указанного в п. 1.двигателя, отличающееся пприленением naaorio поршневспь штоюа 20 (фиг. 5 и 7) со пппиндвлем 22 для осевого передвигания ступенчатого распрепелктыыюпю кулака 21 при псюпощп ручки 25.

3. При указанном в и. 2 двнгатвле прпппвнепие двух несущих пруинны 31 тяг 27, скреплеппных на однюм юопце поперечиной 26, пощеряпивпеМОй штоюост 20 (флп . 5 и 6), а па другом — пюппврвчиной 29, соч.тененной с передаточным рычиим 13 .

В. В.

1

К патенту ин-ной фирмы „Братья Эйкгоф, машиностроительный и чугуннолитейный завод" № 11192

Фиг.2.

Тип. «Коминтерн» Центриздата Народов СССР. Ленинград, Красина, 3.

    

www.findpatent.ru

Шаговый двигатель для транспортера на МК - Устройства на микроконтроллерах - Схемы устройств на микроконтроллерах

В практике инженера часто встречаются исполнительные устройства на шаговых двигателях (ШД). Принтеры, факсы, станки с ЧПУ, стиральные машины, дисководы, видеоплееры — вот далеко не полный перечень устройств, использующих ШД. Одно из применений в учебных целях — это радиолюбительские модели, исполнительные узлы роботов, привод редукторов точного поворота антенн... Для ознакомления и практического применения автор разработал макет устройства с ШД SS12 для ленточного транспортера. Устройство можно также применить в качестве привода в станках для точного сверления и калибровки отверстий небольшого диаметра, в транспортерных линиях и т.п.

Применение шаговых двигателей очень широко представлено в промышленности, например, в проявочных (рис. 9.1) и упаковочных машинах (рис. 9.2). Изучение простейших свойств ШД формирует представление о физических принципах работы электромагнитных двигателей.

Рис. 9.1. Проявочная машина с шаговым двигателем

Используя современную электронику, автор собрал устройство на четырех микросхемах и шаговом двигателе от старого принтера (рис. 9.3).

Рис. 9.3. Устройство с шаговым двигателем, разработанное автором

Рассмотрим структуру устройства. АЦП, который тактируется от задающего генератора, снимает напряжение с регулятора R. Это напряжение преобразуется в шестнадцатеричный код (10-разрядный АЦП встроенный в микроконтроллер). Полученные данные преобразуются для достижения целей поставленной задачи. Далее программа задает код работы порта А в зависимости от внешних управляющих сигналов. Этот код отрабатывает драйвер, который возбуждает обмотки ШД.

В данном устройстве все функции контроля выполняет микроконтроллер ATtiny26 семейства AVR от компании фирмы Atmel [3, 16] (рис. 9.4).

Рис. 9.4. Структура микроконтроллера ATtiny26

Драйвер и исполнительные элементы состоят из микросхем L6506 [18] и L298 [17]. Совместное использование этих микросхем дает хороший результат, как по управлению, так и по защите по току в случае перегрузки. Если попробовать собрать подобное устройство на дискретных элементах, то потребуется на порядок больше микросхем.

Конструкцию предлагаемого к рассмотрению устройства следует воспринимать как учебное пособие (рис. 9.5). Она включает в себя пла-

ту управления и шаговый двигатель, подключенный к плате через разъем. Благодаря такому решению, шаговый двигатель можно вмонтировать в любой механический узел или в транспортерное оборудование.

Рис. 9.5. Конструкция рассматриваемого устройства

На плате реализованы следующие функции:

• управление направлением вращения ШД с помощью переключения тумблером;

• пошаговый режим;

• режим вращения с помощью кнопки;

• управление скоростью вращения вала ШД роликом потенциометра;

• управление режимом "стоп-старт" еще одной кнопкой.

К плате можно подсоединить разъем ISP для перепрограммирования микроконтроллера. Плата питается от нестабилизированного источника 6,5 В, обеспечивающего ток 700 мА. Подключение внешнего источника осуществляется через разъем питания. Выбранные режимы на плате управления активизируют соответствующие светодиоды, что позволяет судить о правильности заданного режима. Скорость вращения ШД изменяется в пределах 1-1024 об/мин.

Принципы работы шагового двигателя

Существуют два основных типа шаговых двигателей, применяемых в практике:

• с постоянным магнитом;

• с переменным магнитным полем.

Конструкция типичного биполярного шагового двигателя показана на рис. 9.6.

Двигатели с постоянным магнитом бывают биполярными (рис. 9.7) и униполярными (рис. 9.8).

Биполярные двигатели — наиболее простые для решения несложных задач. Они состоят из постоянного магнита вращающегося ротора и окруженного полюсами статора, состоящего из четырех обмоток. Протекание тока в обмотках статора возбуждает ротор, и при последовательной коммутации обмоток происходит ступенчатое вращение. Для двигателя этого типа существует три метода возбуждения обмоток. • Возбуждение обмоток происходит в последовательности AB/CD/ BA/DC (ВА указывает на то, что обмотка АВ возбуждается в противоположном направлении). Эта последовательность известна под названием "одна фаза активна", "полный шаг" или "привод волны". В каждый момент возбуждается только одна из фаз (рис. 9.9).

• Возбуждение одновременно обеих фаз, чтобы ротор выровнялся между двумя положениями полюса. Такой метод называется "две фазы активны", "полный шаг". Это состояние является следующей последовательностью привода биполярного двигателя и дает самый высокий вращающий момент (рис. 9.10).

• Возбуждение одной фазы, потом — двух, потом — одной и т.д., чтобы ротор двигался поэтапно, вращаясь в квадранте. Эта последовательность известна как "ступенчатый метод половины". Полуволна имеет большой угол вращения за шаг двигателя, но слабый вращающий момент (рис. 9.11).

Для вращения в противоположном направлении (синхронизация прежняя) изменяется порядок возбуждения обмоток, на противоположный. Как показано на диаграммах, угол поворота ротора составляет 90°. Промышленные двигатели имеют больше полюсов и достигают угла поворота в несколько градусов, но число обмоток и последовательность привода остаются неизменными.

Униполярный двигатель с постоянным магнитом идентичен биполярному за тем исключением, что у него в каждой фазе используются две обмотки. Это необходимо для того, чтобы полностью изменить поток статора быстрее, чем в двунаправленном приводе (рис. 9.12).

Ротор выполняет тот же путь, что и у биполярного двигателя за тем исключением, что мостовые драйверы заменены простыми униполярными каскадами: четыре транзистора Дарлингтона, или счетверенные транзисторные матрицы Дарлингтона.

Униполярные двигатели более дорогостоящие, поскольку у них — вдвое больше обмоток. Кроме того, их характеризует гораздо меньший вращающий момент при одинаковых габаритах, так как обмотки выполнены из более тонкого провода. Все двигатели с постоянным магнитом генерируют электромагнитные помехи ротором, который ограничивает скорость вращения. При очень высоких скоростях вращения необходим двигатель с переменным магнитным полем.

Двигатель переменного магнитного поля оснащен ротором из нена-магниченного мягкого железа с меньшим количеством полюсов, чем статор (см. рис. 9.12). При этом используется униполярный метод возбуждения пары полюсов статора, чтобы повернуть ротор к полюсам возбуждаемой обмотки ступенчато. Здесь также используют три различных последовательности возбуждения фаз:

• "одна фаза активна" — A/C/B/D;

• "две фазы активны" — AC/CB/BD/DA;

• "шаг-половина" — A/AC/C/BC/B/BD/D/DA.

Заметьте, что угол поворота ротора составляет 15°, а не 45°. В прошлом униполярные двигатели были более интересны для проектировщиков, поскольку имеют простой выходной каскад. Теперь, когда вы-

пускаются монолитные драйверы напряжения, биполярные двигатели становятся более популярным.

Для правильного генерирования импульса обмотки ШД необходим мостовой коммутатор тока обмотки. Такой коммутатор можно собрать на дискретных элементах. При этом габариты платы управления увеличатся, а в некоторых случаях ухудшатся характеристики выходного каскада. Автор использовал готовый, относительно дешевый драйвер управления биполярным ШД: микросхему L298, в которой реализованы два моста для полноценного управления ШД. Кроме того, драйвер (рис. 9.13) может коммутировать направления тока в подключаемых обмотках ШД в разных направлениях.

По сигналу En А можно быстро размыкать ключи моста. Недостатком микросхемы является отсутствие диодов защиты ключей от обратных токов, поэтому в практическом применении необходимо дополнять схему диодами. Для предотвращения перегрузки по току в схему введен датчик тока Rs. Если падение напряжения на этом резисторе выше нормы, то сработает схема защиты по току.

Схема управления шаговым двигателем

Схема управления шаговым двигателем представлена на рис. 9.14.

Питание схемы осуществляется от нестабилизированного источника 6,5 В (ток потребления до 1 А). Для полноценной работы микроконтроллера питание стабилизировано микросхемой IC3. При подаче питания на схему устройства, микроконтроллер автоматически выбирает пошаговый режим. На драйвер ШД питание подается через диод D9 защиты от изменения полярности источника. О включении питания сигнализирует светодиод LED3.

Микроконтроллер синхронизирован от кварцевого резонатора частотой 4 МГц. При нажатии кнопки S1 ("Старт/Стоп") активизируется прерывание INTO, программа в микроконтроллере проверяет состояние порта РА. АЦП считывает уровень напряжения на регуляторе скорости R5 и направление вращения ШД на тумблере S3. Для правильного функционирования АЦП с учетом замечаний в книге [19] автор дополнил схему элементами, влияющими на считывание данных. Питание АЦП, встроенного в микроконтроллер, осуществляется через фильтр высокочастотных помех L3, СП, наводимых ядром микроконтроллера во время работы схемы.

После обработки информации на выводы РАЗ-РА7 подаются импульсы соответствующей последовательности со скоростью, пропорциональной уровню напряжения на R5. Элементы R5, R6, С9 — это своеобразный интегратор для регулируемого напряжения.

В режиме реального времени проверяется состояние вывода РАО микроконтроллера. Если кнопка S2 длительно нажата (около 1-2 с), то микроконтроллер переводит программу в режим скорости вращения ШД. При повторном длительном нажатии происходит переход в пошаговый режим.

Для управления направлением вращения существует трехходовой двухсекционный тумблер S3. Одна его секция включает светодиоды, показывающие направление вращения ШД, а вторая — коммутирует порт РА1 микроконтроллера.

Логика управления ШД реализована в микроконтроллере Tiny26. Поскольку этот микроконтроллер не может коммутировать большие токи, применен драйвер L298. Между драйвером и микроконтроллер установлена микросхема А1, которая отслеживает токи обмоток ШД. Для контроля тока в обмотках ШД в драйвере IC2 присутствуют выводы 1 и 15 (SEN_A и SEN_B). В случае заклинивания двигателя или короткого замыкания на Rl, R2 растет напряжение, и микросхема А1 прекращает подачу импульсов на драйвер IC2. В А1 встроены два компаратора и четыре схемы "И".

На входы компараторов А1 (выводы 10 и 15) подается напряжение от датчиков тока двигателя Rl, R2 и опорное напряжение (выводы 16 и 17) от резистивного делителя R3, R4. Если напряжение на датчиках тока ниже опорного, то компараторы разрешают прохождение импульсов от микроконтроллера к драйверу IC2. Если напряжение на датчиках тока выше опорного, то импульсы не проходят через А1.

Для питания драйвера ШД к IC2 от источника питания подключен D9, предотвращающий попадание помех от ШД во время работы к схеме управления. Эту же функцию выполняют демпфирующие диоды D1-D8. Обратный ток диодов во время коммутации обмоток сглаживает конденсатор С13.

Программа

Блок-схема алгоритма, управления драйвером шагового двигателя представлена на рис. 9.15. Программа на ассемблере представлена в листинге 9.1, а шестнадцатеричный код — в листинге 9.2.

Согласно блок схеме, в начале программы выполняется установка состояния портов, а также указывается вектор прерывания, который имеет две ветви:

• вектор RESET переходит при сбросе программы в начальное состояние;

• вектор INTO активизируется при нажатии кнопки "START/STOP'4.

Активным уровнем INTO считается нулевое состояние на выводе РВ6 микроконтроллера. Активный уровень задается программой и во время сброса не активизируется. В случае активизации INTO вызывается подпрограмма обработки вектора прерывания, которая запрещает прерывание и проверяет длительность нажатия кнопки. Если кнопка нажата более 1 с, то режим работы схемы управления ШД изменяется на противоположный (если был режим "STOP", то программируется режим "START" и наоборот). В режиме "STOP" порт А обнуляется, а в режиме "START" — активизируется. При выходе из подпрограммы обработки вектора прерывания разрешается общее прерывание.

После прохождения начальной части программы запускается на преобразование АЦП. На первом этапе необходимо выполнить коммутацию аналогового входа АЦП с помощью встроенного аналогового мультиплексора. Для этого в 0-2 разрядах регистра ADMUX устанавливается соответствующая комбинация нолей и единиц, а в 6 и 7 разрядах ADMUX выбирается источник опорного напряжения. При этом на вывод 17 микроконтроллера нельзя подавать никакого напряжения [19].

На втором этапе в регистре ADCSR с помощью разрядов 0-2 задается тактовая частота АЦП путем деления тактовой частоты микроконтроллера (тактовая частота АЦП обязательно должна находиться в пределах 50-200 кГц). Затем разрешается работа АЦП, выбирается режим его работы (в данном случае — одиночное преобразование) и активизируется преобразование, которое длится 25 тактов АЦП. В конце преобразования данные записываются в регистры данных АЦП ADCL и ADCH. Чтение регистров строго определено: сначала — ADCL, потом — ADCH.

Если не предпринимать мер подавления помех, то программа считывания данных АЦП работает нестабильно из-за наводок и шумов от питающей сети. Для защиты входа АЦП применен малый фильтр L3, СП по питанию аналоговой части микроконтроллера. Кроме того, данные считываются четыре раза, суммируются и делятся на четыре путем сдвига вправо с переносом на два разряда. Результат среднего арифметического позволяет достоверно судить о считанном напряжении.

После считывания данных разрешается прерывание и проверяется нажатие кнопки "Старт". В это время программа находится в ожидании команды "Старт". Когда команда "Старт" поступает, программа проверяет, нажата ли кнопка "Скорость/шаг", и при соответствующем режиме разветвляется по одной из двух исполнительных ветвей.

В режиме "Скорость" светодиод LED4 гаснет, а в режиме "Шаг" — засвечивается. Для определения режима "Шаг/Скорость" необходима подпрограмма измерения длительности нажатия кнопки. После измерения происходит разветвление программы. Первая ветвь соответствует режиму "Скорость", в котором задается скорость, пропорциональная напряжению, полученному с АЦП. Вторая ветвь соответствует режиму "Шаг". При этом программа ожидает короткое (менее 0,5 с) нажатие кнопки "Шаг".

По мере выполнения операций программа проверяет, в каком направлении задан режим вращения ШД. По соответствующему коду состояния ШД задается код перехода влево или вправо (против часовой стрелки или по часовой стрелке). Начальное положение ШД неопределенно, поэтому порты ввода-вывода обнуляются, и алгоритм вращения ШД повторяется сначала. После отработки выбранного шага программа начинает заново опрос режимов работы ШД. Если все режимы заданы, то программа автоматически продолжает выполнение команд, если же нет — переходит в режим ожидания. Цикл повторяется бесконечно.

Для правильной коммутации фаз автор разработал таблицу кодировки фаз (табл. 9.1). В случае применения униполярных двигателей

или полного режима "шаг, половина, шаг" можно изменить таблицу и дополнить код.

Таблица 9.1. Таблица кодировки фаз

ШАГ

РА7

РА6

РА5

РА4

COD

Примечание

1

1

0

0

0

8

шаг

2

1

0

>

1

0

А

половина

3

0

0

1

0

2

шаг

4

0

1

1

0

6

половина

5

0

1

0

0

4

шаг

6

0

1

0

1

5

половина

7

0

0

0

1

1

шаг

8

1

0

0

1

9

половина

Программа активно использует стек, поскольку микроконтроллер ATtiny26 имеет в своем составе 254 ячейки ОЗУ. Это позволяет более рационально использовать память программ и повышает гибкость при написании алгоритма.

Плата

Монтажная схема платы представлена на рис. 9.16, а схема разводки— на рис. 9.17. Макет платы для проверки параметров и возможностей ШД, а так же для изучения работы ШД в разных режимах показан на рис. 9.18. Все элементы управления размещены на плате. Выключатель питания находится в блоке питания. Направление вращения двигателя задается трехходовым тумблером, а скорость вращения — с помощью переменного сопротивления (небольших габаритов с колпачком для ручной регулировки). Режимы "Старт/Стоп" и "Шаг/Скорость" задается однократным (менее 2 с) нажатием соответствующей кнопки (для быстрой ориентации кнопки имеют разный цвет колпачков).

Плата оснащена ножками для крепления в любом корпусе. В случае, если мощность двигателя велика (более 5 Вт), для микросхемы драйвера L298 необходим радиатор общей площадью 1000 мм2.

Для демонстрации была разработана монтажная плата из текстолита с двухсторонней разводкой. Автор собрал устройство на макетной плате путем навесного монтажа. Дроссель L3 — 10-100 мкГн (фильтрующий элемент) с током не менее 20 мА. Светодиоды — любого цвета свечения с током не более 8 мА. Кнопки SI, S2 — любые, контактного типа.

Тумблер S3 — любой двухходовой (автор применил трехходовой на ток 3 А) на ток в схеме не более 20 мА. Диоды — любые кремниевый на обратное напряжение не менее 30 В и прямой ток не менее 1 А. Все микросхемы (кроме драйвера L298) установлены на панельках для оперативной замены.

Настройка

Для быстрого программирования на плате присутствует разъем ISP. Программу с компьютера через программатор можно оперативно внести в микроконтроллер. Это позволяет на базе одной схемы смоделировать различные устройства, по своим назначениям и функциям отличающиеся от рассмотренного примера. Для предотвращения неправильного питания от программатора к разъему SV1 подключен D10.

Рис. 9.18. Макет платы управления шаговым двигателем

Функции тумблера S3 можно расширить, изменив программу. Диапазон скорости вращения вала ШД также задается константами в программе. В начале настройки питание схемы подается на плату без микросхем микроконтроллера Tiny26 и L6506, а разъем ШД отсоединен. Если все исправно, то устанавливается L6506 и проверяются уровни напряжения на Rl, R2 и R4 (соответственно О В, О В и 0,54 В), после чего устанавливается микроконтроллер.

При включении проверяются импульсы управления на разъеме ШД. В случае соответствия импульсов от микроконтроллера осциллограммам к плате подключается разъем ШД. Далее при подключении ШД и выборе режима "Скорость" необходимо настроить защиту по току. Для этого, устанавливая режим "Скорость" и "Старт", необходимо уменьшить сопротивление R3 с 82 кОм до 62 кОм. Когда вал ШД нормально вращается во всем диапазоне регулировки оборотов двигателя, дальнейшая настройка защиты по току не нужна. Если необходимо для эксперимента увеличить диапазон регулировки оборотов двигателя, то можно уменьшить сопротивление R13 с 47 кОм до 4,7 кОм. В случае, когда микроконтроллер плохо реагирует на кнопку "Старт", необходимо увеличить номинал резистора R12 с 10 кОм до 100 кОм.

В дальнейших разработках устройства можно отказаться от применения микросхемы А1 при условии полной уверенности в отсутствии перегрузок обмоток ШД. При этом элементы R1-R4 и А1 не нужны, а выводы 11, 12, 13 и 14 микроконтроллера IC1 подключаются соответственно к выводам 5, 7, 10 и 12 драйвера IC2.

Файлы к статье Шаговый двигатель для транспортера на МК

cxema.my1.ru