Вопросы для самоподготовки:
1. Охарактеризуйте устройства управления системой включения кривошипных прессов?
2. Опишите конструктивное устройство командоаппаратов кривошипных прессов?
3. Охарактеризуйте схему управления муфтой и тормозом механического пресса?
Лекция 11. Электрооборудование кривошипных горячештамповочных прессов
Теоретические вопросы:
11.1. Электрооборудование КГШП
11.2. Особенности пуска кривошипных горячештамповочных прессов
11.1. Электрооборудование КГШП
Кривошипные горячештамповочные прессы предназначены для горячей штамповки поковок из черных и цветных металлов и могут применяться как в составе автоматизированных комплексов, так и в качестве самостоятельной технологической единицы. В конструкции современных кривошипных горячештамповочных прессов, производства ОАО ТМП, реализованы: раздвоенный шатун, двухступенчатый привод с приводным валом, раздельные муфта и тормоз, механизм регулировки закрытой высоты с эксцентриковой втулкой в нижней головке шатуна, связанного с ползуном.
Электрооборудование горячештамповочных прессов состоит из главного и вспомогательного электродвигателей, панели управления прессом, пульта управления, электромагнитов, электросети пресса. Питание электродвигателей осуществляется от сети переменного тока напряжением 380 В. На рис. 51 приведена электросхема КГШП одного из первых выпусков. Управление муфтой и тормозом осуществляется от раздельных клапанов. Включение пресса в работу осуществляется педалью. Для наладки пресса и перемещения ползуна с небольшой скоростью имеется электродвигатель М1. На главном валу пресса смонтирован сельсин-датчик, от которого передается сигнал на сельсин-приемник.
Рис. 51. Электрическая схема КГШП ус. 25000 кН (2500 тс)
Свое название сельсины получили от сокращения английских слов self-synehronizing (самосинхронизирующийся). Они служат для синхронного поворота или вращения двух или нескольких механически не связанных валов. Сельсин передачи работают по принципу обычной механической передачи, только крутящий момент между валами передаётся не зубьями шестерён, а магнитным потоком без непосредственного контакта. По исполнению сельсины делятся на контактные и бесконтактные.
У контактного сельсина имеются явно выраженные полюсы, на которых размещается однофазная сосредоточенная обмотка, включаемая в сеть переменного тока. Эта обмотка является обмоткой возбуждения. В пазах ротора укладываются три распределенные обмотки, сдвинутые в пространстве на 120°. Эти обмотки соединяют звездой и три их вывода подсоединяют к контактным кольцам, по которым скользят неподвижные щетки, соединенные с внешней цепью. Эти обмотки называются обмотками синхронизации.
Пакеты статора и ротора собраны из листовой электротехнической стали, причем ротор выполнен со скошенными пазами для ослабления зубцовых гармоник в кривых ЭДС. Иногда находит применение обращенная конструкция сельсинов, когда явно выраженные полюсы с обмоткой возбуждения размещают на роторе, а обмотки синхронизации - в пазах статора.
В настоящее время широкое применение находят бесконтактные сельсины. У них отсутствуют скользящие контакты, что повышает надежность и точность их работы.
Сельсин-датчик бесконтактный предназначен для измерения и дистанционной передачи сигнала, пропорционального углу поворота исполнительного механизма. Применяются в устройствах измерения и контроля положения механизмов в различных отраслях промышленности. Датчик представляет собой электрическую машину на базе бесконтактного сельсина типа с однофазной обмоткой возбуждения и трехфазной вторичной обмоткой (обмоткой синхронизации).
В настоящее время в схемах электрооборудования КГШП контактные командоаппараты заменят бесконтактными путевыми переключателями.
Приведенная на рис. схема предусматривает работу пресса на следующих режимах: одиночном, автоматическом (непрерывном и толчковым (наладочном). Требуемый режим работы пресса устанавливается выключателями В4 и В5, включение вспомогательного привода наладки – выключателем В7, включение в работу выталкивателя – выключателем В10. Нижний выталкиватель управляется пневматической педалью, установленной около пресса рядом с основной педалью пресса.
Защита электроаппаратуры и электродвигателей от токов короткого замыкания осуществляется плавкими предохранителями Пр1 – Пр3. От перегрузки электродвигатель М1 предохраняется тепловым реле РТ. В случае перегорания одного из предохранителей главного двигателя схема управления обесточивается, так как размыкается контакт реле РП8, катушки которого при целых предохранителях шунтируются.
В цепь питания пуская пресса встроены и контакты реле давления ресивера муфты РД1 и тормоза РД2, которые размыкаются, если давление в ресивере станет недостаточным для отключения тормоза и включения муфты при пуске пресса.
11.2. Особенности пуска кривошипных горячештамповочных прессов
Одиночный ход. Включением рубильников В1 и В2 подается напряжение на силовые цепи и на понижающие трансформаторы Тр1 и Тр2 цепей управления и местного освещения. Включением выключателя В6 подготавливается к работе цепь управления главного электродвигателя.
Нажатием кнопки «Пуск» Кн2, главного электродвигателя включается промежуточное реле РП1, которое замыканием своих контактов (5-7 и Л 15-44) шунтирует кнопку Кн2 и включает катушки контактов К1 и К2. Контактор К1 подготовляет силовую цепь включения главного электродвигателя М2 к пуску и одновременным замыканием своего контакта (3-15) включает реле времени РВ. Зажигается сигнальная лампа ЛС (электродвигатель). Контактор К2 включает автотрансформатор Тр3, а последний осуществляет пуск главного электродвигателя М2 при пониженном напряжении.
По истечении определенного времени срабатывает реле времени РВ и замыкает контакт 15-19, в результате чего включается промежуточное реле РП2, которое размыканием контактов 44-45 отключает автотрансформатор ТР3, чем прекращает питание статорных обмоток пониженным напряжением. Замыканием контактов 44-47 и 15-19 включается контактор К3. Контактор К3, замыкая контакты в силовой цепи, включает главный электродвигатель М2 на номинальное напряжение, размыкая контакт 15-17, отключает реле времени РВ и, на номинальное напряжение, размыкая контакт 44-47, становится на самопитание. Пуск электродвигателя осуществлен.
Выключатели В4 и В5 устанавливаются в положение «Работа» - контакт В4 (13-14) замыкается. Промежуточное реле РП3 получает питание, замыкая контакты 14-27 и 14-20, подготовляет к пуску реле РП5 и становится на самопитание. Нажатием на педаль ПН1 подается напряжение на катушку реле РП4, которое, замыкая контакт 27-28, включает по цепи 1-3-4-5-12-13-14-27-28-2 промежуточное реле РП5, включающее электромагнит Э1 клапана тормоза; тормоз растормаживается. Одновременно реле РП5, замыкая контакты 34-32 и 29-28, включает по цепи 1-3-4-5-12-13-14-34-32-2 промежуточные реле РП6 и РП7 и по цепи 1-3-4-5-12-13-14-29-28-2 становится на самопитание, а размыкая контакт 20-21, прерывает цепь питания реле РП3, чем обеспечивает невозможность повторного хода пресса, если по каким-либо причинам педаль ПН1 будет нажата.
При отключении реле РП3 размыкается контакт 14-27 и прерывается цепь питания реле РП5, так как контакт командоаппарата 1КА-2 в верхнем положении отключен. Промежуточные реле РП6 и РП7 включают электромагниты Э2 и Э3 клапана муфты, муфта включается в работу и ползун начинает двигаться вниз. Одновременно поворачивается валик командоаппарата 1КА, контакты 1КА-1 и 1КА-2 в это время замкнуты.
Совершив рабочий ход, ползун движется вверх. При достижении угла поворота главного вала, равного 2200, размыкается контакт 1КА-1, в результате реле РП6 и РП7 обесточиваются и муфта отключается, а при угле поворота 2800 размыкается контакт 1КА-2, реле РП5 обесточивается и электромагнит Э1 занимает первоначальное положениие; включается тормоз, и ползун останавливается около верхнего положения. Для повторного хода надо снова нажать педаль ПН1, после чего весь цикл повторится.
Работа схемы в остальных режимах аналогична работе в режиме «одиночный ход».
Наладка. Для наладки закрытой высоты пресса вручную включают шаговый электродвигатель, вращение через редуктор передается через карданный шлицевой телескопический вал на винтовую передачу. Перемещением гайки относительно винта в винтовой передаче осуществляется поворот эксцентриковой втулки на необходимый угол, и таким образом происходит наладочная регулировка нижнего положения ползуна.
Для точного перемещения ползуна пресса используют автоматическую систему управления механизмом оперативной регулировки закрытой высоты КГШП, позволяющую точно компенсировать упругие деформации пресса, вызванные отклонениями параметров технологического процесса. Таким образом задача точного перемещения и позиционирования ползуна пресса сводится к задаче точного поворота и позиционирования вала шагового электродвигателя.
Частотный преобразователь преобразует питающее напряжение сети в выходное импульсное напряжение посредством широтно–импульсной модуляции. Изменяя частоты и амплитуду выходного напряжения от преобразователя, по заданным алгоритмам, можно обеспечить точное позиционирование на заданной скорости вала синхронного двигателя. Во время технологического процесса ГОШ, с помощью преобразователя частоты, в автоматическом режиме, можно обеспечить нужный режим оборотов ротора двигателя, быстрый пуск и останов вращения а также изменять направление вращения ротора. Управление частотным преобразователем может осуществляться от промышленных ЭВМ или программируемых логических контроллеров (ПЛК), с помощью внешних сигналов, рассчитываемых системой управления. Рассчитанные сигналы должны поступать на плату управления преобразователя частоты. Используя обратную связь частотного преобразователя с синхронным двигателем можно осуществлять управление и мониторинг скорости или момента на валу двигателя, контролировать ряд параметров системы управления, таких как заданную выходную частоту, ток и напряжение двигателя.
Управляя механизмом оперативной регулировки, в автоматическом режиме, от сервопривода, необходимо осуществлять мониторинг входных параметров технологического процесса для расчета системой управления управляющего сигнала частотно–регулируемым приводом, и таким образом осуществлять управление выходными параметрами технологического процесса без остановки пресса и производственного процесса в линии горячей объемной штамповки.
Схема автоматического управления механизмом регулировки КГШП с применением сервопривода показана на рис. 52. В состав сервопривода входят частотный преобразователь и синхронный двигатель. Входные параметры системы управления:
L1–закрытая высота пресса на окончательной позиции штамповки;
∆LУПР – величина подрегулировки закрытой высоты;
SП–перемещение ползуна.
Контроль входных параметров должен осуществляться датчиком положения ползуна. Выходной параметр системы управления: φУПР–сигнал поворота на заданный угол вала серводвигателя механизма регулировки. Конструкция привода механизма регулировки закрытой высоты, на базе механизма регулировки закрытой высоты КГШП 25 МН производства ОАО ТМП, представлена с частотным управлением
Рис. 54. Схема системы автоматического управления механизмом регулировки КГШП с применением сервопривода
Контроль углового положения вала серводвигателя осуществляется с помощью энкодера, установленного на вал двигателя. Энкодер представляет собой датчика угла поворота или скорости вращения ротора. Точность, с которой можно осуществлять мониторинг положения вала двигателя определяется разрешающей способностью энкодера. В современных решениях в сфере частотного управления точность разрешающей способности энкодеров составляет ±1 градус, что реализуется в линейное перемещение с точностью до сотых долей миллиметра.
Таким образом, с применением частотно–регулируемого привода, управляемого адаптивной системой от промышленных ЭВМ или ПЛК, наладку и автоматическую оперативную регулировку закрытой высоты КГШП можно осуществлять с точностью разрешающей способности энкодера вала двигателя и датчика положения ползуна, с учетом общего передаточного отношения всех промежуточных звеньев.