Выбор электродвигателей и проверка по нагреву
1 Предварительный расчет мощности электропривода.
В качестве приводных двигателей нажимного устройства черновой клети устанавливаем два электродвигателя постоянного тока типа ДП-62 с техническими данными, приведенными в табл. 2.1.
Правильный выбор мощности двигателя обеспечивает надёжную экономичную работу производственного механизма. Выбранная мощность должна соответствовать предполагаемой или рассчитанной нагрузке. Завышенная мощность двигателя неоправданно увеличивает габариты и первоначальную стоимость установки, ухудшает экономические показатели электропривода (снижает КПД и коэффициент мощности), что отрицательно сказывается на эксплуатационных характеристиках системы цехового и заводского электроснабжения. Занижение мощности вызывает перегрев отдельных его частей, что ускоряет выход установки из строя. Кроме того, при перегрузке двигателя также понижается КПД и коэффициент мощности.
При вращении нажимных винтов моменты статического сопротивления движению создается силами трения в пятах нажимных винтов, в шлицах последних, силами трения в опорных подшипниках и направляющих, по которым скользят подушки нажимных винтов и траверсы уравновешивающего устройства.
Главными силовыми параметрами процесса прокатки является давление металла на валки и момент прокатки. Знание их необходимо для расчета стана и его привода. Для этих подсчетов существует значительное число теоретических и эмпирических формул и имеется большое количество экспериментальных данных, полученных при исследовании различных станов. Однако, не смотря на большое число работ посвященных вопросу определению давления металла на валки, расчет величины давления в ряде случаев производится неправильно, вследствие того, что не учитываются все факторы, влияющие на данный параметр. Так, например, часто при расчетах не учитывается влияние скорости, степени и рода деформации на прочностные свойства прокатываемого металла. В ряде случаев такое положение объясняется недостаточным количеством данных о физических величинах, участвующих в теоретических формулах.
Для выбора двигателя нажимного устройства черновой клети “ДУО” воспользуемся способом последовательного приближения и методом эквивалентных величин. Способ последовательного приближения заключается в предварительном выборе двигателя и последующих его проверках. Если он не удовлетворяет требованиям проверки, то заменяется на следующий. И снова проверяется до тех пор, пока не будет удовлетворять.
Предварительный выбор мощности выполняется либо с помощью информации об установленной мощности на аналогичных механизмах, либо по заданной или рассчитанной нагрузочной диаграмме, установившейся скорости и коэффициенту динамичности, учитывающему нагрев двигателя в пуско-тормозных режимах.
Таблица 2.1 Технические данные электродвигателей постоянного тока типа ДП-62
Наименование параметра |
Численное значение |
Номинальная мощность, кВт |
46 |
Номинальное напряжение, В |
220 |
Номинальный ток якоря, А |
233 |
Номинальный ток возбуждения, А |
3,6 |
Номинальная частота вращения, об/мин |
625 |
Сопротивление обмотки возбуждения, Ом |
42 |
Продолжение таблицы 2.1
Сопротивление обмотки якоря, обмоток дополнительных полюсов и компенсационной обмотки при 120 ºС, Ом |
0,0242 |
Сопротивление обмотки добавочных полюсов, Ом |
0,009 |
Момент инерции якоря, кгм2 |
4 |
При вращении нажимных винтов момент статического сопротивления движению создаётся силами трения: в шлицах и нарезке нажимных винтов, в пятах нажимных винтов, в опорных подшипниках и направляющих, по которым скользят подушки нажимных винтов и траверсы уравновешивающего устройства. Поскольку верхний валок перемещается только во время пауз (металл не прокатывается), то усилие давления на валки при расчёте электропривода устройств не учитывается.
Момент статического сопротивления, приведенный к валу электродвигателей, определяется для различных направлений движения верхнего валка по следующим соотношениям:
- при опускании верхнего валка
- при подъёме верхнего валка
- средний статический момент
где - усилие уравновешивания, действующее на нажимные винты;
mв = 27919 кг - масса верхнего рабочего и опорного валков с подушками, опорными стаканами и другими деталями;
mнв = 2100 кг - масса нажимного винта;
- ускорение свободного падения ( );
=355 мм - средний диаметр нарезки винта;
- угол трения в нарезке нажимного винта, равный при трении стали по бронзе
- угол подъёма винтовой линии нарезки нажимного винта:
- диаметр пяты;
- коэффициент трения в пяте, принимаемый равным 0,15;
- передаточное отношение редуктора;
- КПД передач;
коэффициент 1,1 учитывает трение подушек о направляющие, трение в опорных подшипниках и прочие неучтённые сопротивления.
Суммарная мощность выбранных электродвигателей:
Рдв =2 Рн= 2 46 = 92 (кВт).
Номинальная угловая скорость двигателя:
Максимальное значение установившейся линейной скорости механизма
где h = 34 мм — шаг нажимного винта;
=15 – передаточное число редуктора.
Величина суммарного момента инерции привода, приведенного к валу двух двигателей:
(2.8)
где - момент инерции механизма, приведенный к валу двигателей.
Поскольку количество программных перемещений и величина статического момента сопротивления при опускании валков нажимного устройства более чем в два раза превышают значения соответствующих координат при подъеме валков, за базовое значение статического момента сопротивления на валу двигателей принимаем величину статического момента сопротивления при опускании валков:
Дальнейший расчет производим для режимов прокатки листа, время цикла прокатки ( ) которых составляет, соответственно 57 с.
Требуемая линейная скорость в i-ом перемещения рабочего органа:
(2.9)
где Si - заданная величина i-гo перемещения рабочего органа, м;
- заданное по технологии время отработки i-гo перемещения, с.
Величины эквивалентных ускорений в каждом i-ом программном перемещении вычисляются в зависимости от характера изменения скорости (треугольного или трапециидального) при отработке данного перемещения и определяются следующим образом:
(2.10)
где и - соответственно, величины эквивалентных ускорений в i-ом
перемещении для треугольной и трапециидальной тахограмм, мм/с2.
Характер тахограммы определяется из следующего соотношения:
(2.11)
При выполнении данного условия, изменение скорости в i-ом перемещении носит треугольный характер; во всех других случаях - трапециидальный. Величина критического перемещения:
(2.12)
где - максимальное значение эквивалентного ускорения для данного режима прокатки, .
Расчетное время отработки системой критического перемещения:
(2.13)
Результаты расчета величин требуемой линейной скорости, эквивалентного ускорения, критического перемещения и времени отработки системой критического перемещения в каждом i-ом пропуске различных режимов прокатки представлены в таблице 2.1.
Относительная продолжительность включения электропривода для каждого режима прокатки определяется из соотношения:
(2.14)
где m - количество перемещений, больших критического; - сумма перемещений, больших критического;
- сумма квадратных корней из величин перемещений, меньших критического.
Пересчетный коэффициент, учитывающий постоянные потери в электродвигателе и ухудшение условий охлаждения:
(2.15)
где =1 — каталожная продолжительность включения двигателей.
Таблица 2.1 – Расчет требуемых линейных скоростей, эквивалентных ускорений, критических перемещений и времени их отработки
, мм |
, с |
,
|
, |
|
, мм |
, с |
18 |
3 |
12 |
8 |
0 |
69,686 |
5,903 |
12,5 |
2,083 |
8,333 |
5,556 |
0 |
||
11 |
1,833 |
7,333 |
4,889 |
0 |
||
9,5 |
1,583 |
6,333 |
4,222 |
0 |
||
8 |
1,333 |
5,333 |
3,556 |
0 |
||
5 |
0,833 |
3,333 |
2,222 |
0 |
||
4 |
0,667 |
2,667 |
1,778 |
0 |
||
68 |
4,25 |
17 |
4,25 |
0 |
Результаты расчета относительной продолжительности включения нажимного устройства в различных режимах прокатки представлен в таблице 2.2.
Таблица 2.2 – Расчет относительной продолжительности включения электропривода нажимного устройства в различных режимах прокатки
№ пропуска |
, мм |
, мм |
> , мм |
|
1 |
18 |
4,24 |
– |
|
2 |
12,5 |
3,54 |
– |
|
3 |
11 |
3,32 |
– |
|
4 |
9,5 |
3,08 |
– |
|
5 |
8 |
2,83 |
– |
|
6 |
5 |
2,24 |
– |
|
7 |
4 |
2 |
– |
|
8 |
68 |
8,25 |
– |
|
|
0 |
|||
|
29,488 |
|||
m |
0 |
|||
q |
8 |
|||
|
0,366 |
|||
|
1,653 |
Номинальная требуемая мощность электропривода, приведенная к величине каталожной производительности включения, обеспечивающая работу двигателя без перегрева, определяется по следующей формуле:
(2.16)
Введем следующее обозначение:
(2.17)
В этом случае выражение (2.16) преобразуется в следующий вид:
(2.18)
Тогда имеем:
Коэффициент загрузки выбранных двигателей:
(2.19)
Тогда имеем: для режима прокатки листа толщиной 12 мм из подката 46 мм:
Кратность динамического тока (момента) при пуске-торможении, обеспечивающая работу двигателя без перегрева:
(2.20)
Учитывая выражение (2.17), формула (2.20) преобразуется в следующий вид:
(2.21)
Тогда имеем: