"Электропривод БЗМ"

 

содержание

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

Металлургия является одной из ведущих отраслей народного хозяйства. Производительность металлургических агрегатов и качество продукции весьма сильно зависят от совершенства электрического привода. Поэтому систематическому улучшению силовой части привода, средствам и методам управления и автоматизации следует уделять должное внимание. Успехи в развитии полупроводниковой техники позволили широко использовать в металлургии источники питания на базе тиристоров с бесконтактными системами автоматического управления.

В промышленности происходит переход  от аналоговых систем управления к  цифровым. Можно выделить целый ряд  преимуществ цифровых систем управления:

• высокая точность обработки сигнала;
• надежность;
• независимость от параметров окружающей среды;
• гибкость структуры;
• упрощение процесса наладки;
• возможность сопряжения с другими устройствами, создание иерархических систем;
• возможность постоянного контроля любых параметров и их вывода в любом виде;
• быстрота определения неисправностей;
• возможность учета аварийных и непредвиденных ситуаций и реакции на них;

Очевидно, что в ближайшее  время цифровые системы управления вытеснят непрерывные аналоговые, особенно на ответственных участках со сложной структурой управления.

1 ОБЩАЯ ЧАСТЬ

1.1 Краткое описание технологического процесса

Заготовки размером 300х360 мм подаются в нагревательную методическую печь фирмы  Techint с шагающими балками. Из печи нагретые заготовки транспортным рольгангом подаются на раскатной и рабочий рольганги реверсивной клети «дуо» 900. За 5 – 7 пропусков, в соответствие со схемами прокатки, производится обжатие заготовки до необходимых размеров.

Раскатанная заготовка рабочим  рольгангом передается на двойной рольганг линии 800, последовательно прокатывается в двух промежуточных клетях «трио» 800. Подъемно-качающиеся столы являются продолжением двойного рольганга, применяются в составе вспомогательного оборудования рабочих 3-х валковых клетей и предназначены для приемки раската из калибров между нижними и средними валками, последующего подъема его для задачи в калибры между средними и верхними валками. После прокатки заготовки на линии 800 раскат по транспортному, подводящему рольгангу передается на чистовую клеть 850, где за один пропуск получают профиль, соответствующий ГОСТу.

Раскат, прошедший чистовую линию 850, пильным рольгангом транспортируется на участок пил, где происходит процесс  порезки металла на мерные длины  в соответствие с заказами.

Порезанные раскаты  клеймятся в горячем состоянии механическим способом в соответствие с требованиями стандартов и технических условий. Клейменые рельсы подаются на горячие стеллажи. Горячий стеллаж предназначен для приемки, закалки концов рельсов после прокатки и передачи их на стеллажи коробов замедленного охлаждения.

Выданные на отводящие рольганги  рельсы подаются к правильным машинам  в отделение длинномерного проката, где установлены параллельно  две роликоправильные машины. Роликоправильная машина не обеспечивает правку всех рельсов  до требуемой ГОСТом кривизны, поэтому рельсы подвергаются дополнительной правке на вертикально-правильных прессах.

После обработки рельсы передаются на отводящий рольганг и транспортируются на инспекторские стеллажи, где они  подвергаются инспекции, маркируются и выдаются в пролет склада для штабелирования, либо непосредственно для погрузки в железнодорожные вагоны. Рельсы, требующие вырезки бракованных участков и дополнительной фрезеровки подаются на пилу холодной резки и далее проходят обработку на доделочной поточной линии.

Рельсы, предназначенные для термической  обработки, после осмотра на инспекторских  стеллажах или со склада рельсоотделки  подаются на загрузочный стеллаж  перед закалочной печью. Нагретые рельсы по одному выдаются из печи, на стеллаже кантуются на 90⁰ и подаются к прессам для правки в горячем состоянии. Одновременно включается клеймовочная машина для нанесения условного знака. Далее рельсы транспортируются в закалочную машину, где они находятся в масле в течение 5 минут.

После закалки рельсы проходят отпуск в печах при температуре 450⁰С, затем охлажденные они правятся и подаются на участок ультразвукового контроля. Прошедшие дефектоскопию и инспекцию рельсы принимаются ОТК, пакетируются и направляются в склад готовой продукции или на отгрузку.

1.2 Назначение механизма описание работы

Рельсозакалочная машина является конечным звеном в процессе производства рельсов. От ее работы зависит качество выпускаемых рельсов. Закалочная машина предназначена для закалки в масле рельсов, нагретых до t=850°-880° С.

Закалочная машина состоит из следующих основных узлов:

1. Закалочного блока, наполненного  маслом;

2. Вращающегося барабана с подвешенными к лучам его звездочек двенадцатью группами кареток.

Каретки представляют собой устройства, предназначенные для приема и удержания рельса в барабане в положении «стоя на подошве». Рельс, как заходящий в барабан, так и выходящий из него, катится по роликам каретки как по направляющим. На секции каретки, расположенные на концах барабана (т.е. на 1-ю и 5-ю). Приварены опорные пяты. В эти пяты упираются шатуны толкателей, направляющих устройств, и приводит каретки, находящиеся на линии выдачи после поворота барабана, в вертикальное положение.

3. Направляющих устройств, предназначенных для удержания концов закаленного рельса на линии выдачи.

Нагретый до нужной температуры  рельс задающими роликами подается в барабан (1-ю каретку).

После того, как задний конец рельса минует ролики, доталкиватель доводит  рельс до упора. Затем после поворота барабана передний конец находящегося в 11-й каретке закалочной машины выталкивается до выдающих роликов. Эти ролики выдают рельсы барабана на рольганг.

1.3 Кинематическая схема механизма

Кинематическая схема механизма  представлена на рисунке 1.

1 - Двигатель, приводящий в движение механизм рельсозакалочной машины;

2 - Электромагнитный тормоз, предназначенный для фиксирования положения машины;

3 - редуктор, червячный глобоидный;

4 - муфта;

5 - зубчатые шестерни;

6 - бак закалочной машины;

7 - барабан;

8 - каретка.

 

Рисунок 1 — Кинематическая схема механизма рельсозакалочной машины

1.4. Требования, предъявляемые технологическим процессом к электроприводу

Требования, предъявляемые  к электроприводу со стороны технологического процесса:

• Точность позиционирования - . Система ЭП должна обеспечить точность остановки барабана, равную
• Максимальное ускорение - . Ускорение на тихоходном валу при пуске и торможении не должно превышать
• Время цикла - Время перемещения барабана на (разгон, установившийся режим, торможение) не должно превышать
• Аварийная защита - установка защит от перегрузки двигателя при возникновении аварии со стороны ТП

 

 

2. РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ

2.1 Расчет статических и динамических моментов

Нагрузочная диаграмма, предоставленная заводом изготовителем, представлена ниже на рисунке 2:

Рисунок 2 - Нагрузочная  диаграмма

Механизм приводится в действие двигателем постоянного тока Д812, проверим техническое соответствие данного двигателя.

Параметры двигателя, предоставленные  заводом изготовителем в таблице  1.

Таблица 1 - Параметры электродвигателя типа Д812

Тип электродвигателя	Д812	Единица измерения	Численное значение
Номинальная мощность		кВт	70
Номинальная частота  вращения		об/мин	520
Номинальный момент двигателя			134,61
Номинальное напряжение якоря		В	440
Напряжение обмотки возбуждения		В	220
Номинальный ток якоря		А	176
Номинальный ток обмотки  возбуждения		А	5,3
Сопротивление обмотки  якоря		Ом	0,065
Сопротивление обмотки добавочного полюса		Ом	0,034
Сопротивление обмотки  возбуждения		Ом	34
Число пар полюсов	2р	-	2

2.1.1 Определение среднего статического  момента

Определим средние статические  моменты наиболее сложных участков нагрузочной диаграммы (рисунок 2) период заполнения барабана рельсами от 1 до 10 и (рисунок 3) период разгрузки барабана.

На участке 10 нагрузочной диаграммы (разгрузка барабана) (рисунок 2.а) привод испытывает максимальную нагрузку, его  средний статический момент определяется как:

  .    (1)

Участок 10 нагрузочной диаграммы (рисунок 2.б) нагрузочная диаграмма ЭП БМЗ (загрузка барабана), на этом участке  привод испытывает максимальную нагрузку, его средний статический момент определяется как:

  .     (2)

Наибольшим является средний статический  момент при загрузке барабана.

2.1.2 Определение динамического  момента

Частота вращения двигателя:

  .       (3)

Момент инерции барабана определим  как момент инерции цилиндра:

,           (4)

где – масса барабана;

d – диаметр (1,5 м);

ρ –  плотность стали (7,9 т·м³);

- объем барабана,        (5)

где l – длина барабана (25 м).

Найдем момент инерции барабана:

 кг·м².      (6)

J_пр — приведенный момент механизма к двигателю

 кг·м².       (7)

Момент инерции системы электродвигатель - БМЗ, приведенный к валу двигателя равен:

  .      (8)

Угловое ускорение барабана на тихоходном валу редуктора не должно превышать: .

Тогда угловое ускорение двигателя определится:

  .        (9)

Динамический момент ЭП определим  по формуле:

  .       (10)

Где - суммарный момент инерции двигателя, редуктора и барабана [1, cтр 31].

2.1.3 Проверка двигателя по максимальной  нагрузке

Суммарный момент двигателя определится  по формуле:

  .    (11)

Максимально допустимый момент определится по формуле:

  ,       (12)

 - двигатель по максимальной нагрузке проходит.

2.2 Диаграмма работы электропривода

Согласно уравнению движения привода:

.       (13)

Определим время  - время пуска двигателя:

 с.       (14)

За  время  барабан равноускоренно разворачивается на угол :

  .      (15)

 - время торможения электропривода барабана, с учетом режима точной остановки, увеличиваем на 20%;

.

За  время торможения барабан разворачивается на угол :

  .      (16)

 - время разворота барабана с установившейся номинальной скоростью двигателя 520 об/мин.

 с,     (17)

где - угол поворота с установившейся скоростью двигателя, равной номинальной.

Полное рабочее время барабана:

 с.       (18)

Рабочее время равно 2,88 с, что меньше заданного времени 4 сек, это указывает на то, что электропривод барабана имеет запас по быстродействию и не сдерживает заданного темпа закалки рельсов.

Диаграмма работы рельсозакалочной машины представлена ниже на рисунке 3.

Рисунок 3 - Диаграмма работы рельсозакалочной машины

 

2.3 Выбор функциональной схемы САУ электроприводом

Рисунок 4 - Функциональная схема САУ

 

Регулирование положения осуществляется подачей сигнала задания на задатчик положения. С регулятора положения поступает сигнал на задатчик интенсивности, сигнал задания с задатчика интенсивности поступает до тех пор, пока на него поступает сигнал с регулятора положения. На входе регулятора скорости сравниваются постоянное значение задающего напряжения с напряжением датчика скорости.

Регулятор тока РТ получает на входе  сигнал с выхода регулятора скорости и сигнал обратной связи с ДТ, снимаемый с шунтов силовых мостов. С выхода регулятора тока сигнал управления подается на входы соответствующих систем управления силовых мостов тиристорного преобразователя.

2.4 Выбор комплектного электропривода

Для управления двигателем будем использовать микропроцессорный тиристорный  преобразователь фирмы Siemens. Модель SIMOREG DC MASTER 6RA70 78-6FS22

Технические характеристики представлены ниже в  таблице - 2.

Таблица 2 - Технические характеристики преобразователя SIMOREG DC MASTER 6RA70 78-6FS22

Номинальное входное  напряжение якоря	Единица измерения	Численное значение
Номинальное входное  напряжение якоря	В	460(+15%-20%)
Номинальный входной  ток якоря	А	233
Номинальное входное  напряжение возбуждения	В	460(+15%-20%)
Номинальный входной ток возбуждения	А	15
Номинальная частота	Гц	(45…65)
Номинальная мощность	кВт	154

 

К достоинствам данного преобразователя  можно отнести:

• Цифровая система импульсно-фазового управления (СИФУ) реверсивного тиристорного преобразователя цепи тока якоря;
• Цифровая СИФУ нереверсивного тиристорного преобразователя цепи тока возбуждения;
• Цифровой контур тока якоря;
• Цифровой контур скорости;
• Цифровой контур тока возбуждения;
• Цифровой контур ЭДС;
• Цифровой контур положения;
• все функции управления и регулирования, а также контрольные и вспомогательные функции выполняются под управлением одной микропроцессорной системы. Ввод заданного и текущего значения может производиться по выбору в цифровом или в аналоговом виде;
• развитая система функций токоограничения. Контроль силовой части по I²t: при всех значениях тока рассчитывается тепловое состояние тиристоров. При достижении граничной температуры для тиристоров в зависимости от параметрирования либо постоянный ток понижается до номинального, либо преобразователь выключается с выдачей сообщения о неисправности;
• контроль температуры двигателя;
• контроль длины щеток производится через свободный от потенциала микропереключатель, при этом оценивается наименьшая длина щеток. Если щетка изношена, микропереключатель размыкается, при этом возникает предупреждение или сообщение о неисправности;
• контроль потока воздуха через вентилятор двигателя