Разработка автоматизированного электропривода барабана закалочной машины

-в  шкафу, где   размещается  тиристорный   преобразователь,  программируемый    контроллер    должен    поддерживаться    определенный   микроклимат.

 Технологические требования  к механизму накладывают на  САР электропривода следующие требования:

- большая точность  отработки заданной скорости,

- реверс, плавный разгон  до заданной скорости  и   торможение   не более 4 секунд,

- высокая точность  позиционирования.

-надежность;

-должна  быть  завязана  со всеми технологическими блокировками и защитами.

 

 

 

 

1.4 Анализ неисправностей  электрооборудования, электропривода

 

Анализ работы электрооборудования  и электропривода лебедки конусов доменной печи показывает, что наиболее часто выходят из строя следующие узлы и детали:

а) щеточный механизм (изнашивание щеток);

б) коллектор (потемнение, забивание пазов графитом);

в) выход из строя унифицированных  блоков КТЭ.

Для предотвращения внепланового (аварийного) простоя оборудования, составляется график планово предупредительных ремонтов (ППР) и производится техническое обслуживание электрооборудования.

Остановки производственных механизмов из-за ремонта электрооборудования, как правило, не планируются, т.к. такой ремонт производится одновременно с плановым ремонтом механической части агрегатов.

Техническое обслуживание электрооборудования производит сменный  электротехнический и технологический  персонал, эксплуатирующий данный агрегат. Составляются графики ППР электрооборудования доменного цеха закрепленного за “оперативным персоналом”, порядок и периодичность технического обслуживания.

Техническое обслуживание включает:

а) систематическое наблюдение за работой оборудования, проверку показаний измерительных приборов и сигнализации;

б) контроль за выполнением правил эксплуатации оборудования, указанных в технических руководствах заводов-изготовителей;

в)   чистку, регулировку, подналадку;

г) проверку исправности ограждений, наличия предупредительных плакатов и средств защиты, восстановление надписей на кожухах электрических  машин и аппаратов;

д) регулировки щеточных механизмов, а при необходимости замену щеток;

е)   проверку исправности заземляющих устройств;

ж) устранение мелких неисправностей и неполадок в работе электрооборудования.

Своевременное проведение текущих  ремонтов и технического обслуживания электрооборудования позволяет избежать частых сбоев в

работе и увеличить срок службы механизма. В связи с переводом электропривода ротора на частотное регулирование объем ремонтно-профилактических работ значительно уменьшился.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 Специальная часть

2.1 Выбор рода тока, величины питающего напряжения и системы управления электроприводом

 

В металлургических цехах  используются электродвигатели как  постоянного, так и переменного  тока.

 Выбор рода тока  электродвигателя производится на основании технико-экономических расчетов. Электропривод постоянного тока, обладающий хорошими регулировочными свойствами, находит применение в агрегатах и установках, где требуется широкое и плавное регулирование скорости. Однако использование двигателя постоянного тока связанно с необходимостью установки дорогих и сложных преобразователей (выпрямителей). Кроме того, сам двигатель постоянного тока сложен в конструктивном отношении и в уходе, что объясняется в основном наличием коллектора. Поэтому согласно Правилам Устройства Электроустановок (ПУЭ) двигатель постоянного тока допускается применять лишь в случаях, когда условия работы электропривода не позволяют применить электродвигатель переменного тока либо из-за обеспечения требуемой работы механизма, либо из-за соображения экономичности. При выборе типа привода прежде всего должна быть приведена технико-экономическая целесообразность применения того или иного типа двигателей.

Если к приводу предъявляются  повышенные требования в отношении регулирования скорости, а так же необходимость обеспечения низких устойчивых угловых скоростей в различных режимах, то принимают двигатели постоянного тока. Использование этих двигателей влечёт за собой необходимость преобразования переменного тока в постоянный; из-за чего увеличиваются капитальные затраты, возникают дополнительные потери энергии и повышаются эксплуатационные расходы. При работе шлаковоза, при разгоне и торможении, требуется плавность движения и точность остановки в местах загрузки и выгрузки.

С развитием силовой полупроводниковой техники появилась возможность применения питания двигателей постоянного и переменного тока от тиристорных преобразователей, которые подключаются к сети переменного тока. Тиристорные преобразователи имеют высокие энергетические показатели, высокую механическую прочность, не имеют контактных элементов, а поэтому долговечны, не требовательны в эксплуатации.

Применение двух двигателей постоянного тока с напряжением  питания 220 В позволяет использовать трехфазную сеть промышленной частоты 380 В для питания тиристорных преобразователей.

Исходя из вышеизложенного, и требований, предъявляемых к электроприводу лебедки конусов доменной печи , выбираем:

- систему управления  тиристорный преобразователь –  двигатель (ТП – Д), так как  она удовлетворяет требованиям в работе механизма;

- двигатель постоянного  тока параллельного возбуждения  (напряжением 220 В);

- питание от трехфазной  сети промышленной частоты напряжением 380 В.

 

 

2.2 Расчет мощности, выбор  и проверка двигателя

 

Мощность  электродвигателя  лебедки  конусов  рассчитывается по методике,  изложенной  в  литературе  [1]. Согласно  методики,  для   расчета   мощности   необходимо   построить   графики  статически,   динамических  и результирующих  усилий  в канате у барабана  лебедки. По  построенному   графику результирующих усилий определяют    эквивалентное   значение  усилий  ,  а   затем,     эквивалентную   мощность  двигателя подачи   и эквивалентную мощность за весь период  подачи .  Усилия  определяются   для   положений   конуса,     соответствующим  граничным  точкам   графика  движения.

Рассчитаем    мощность    двигателя,   необходимого  для  управления   большим  конусом  БК.  Наибольшие  усилия  в канате возникают при опускании   конуса,   так   как   при   подъеме   конус   движется    за    счет    контргруза.

Статические   усилия    в   канате  у барабана при  опускании БК определяются   по   формуле

 

,                                           (1)

 

где F-результирующий  вес механической системы контргруз-конус    с  шихтой;

       q-вес одного метра каната;

       с-коэффициент   изменения натяжения каната, огибающего 

шкив, находится по формуле

 

,                                                                     (2)

 

где -коэффициент трения подшипников шкива, =0,025;

    -диаметр цапфы оси шкива, =0,2м;

      -коэффициент жесткости каната, =3;

      - коэффициент, учитывающий трение каната  о стенки   желобков шкива.

Коэффициент определяется по упрощенной формуле

 

                                                                                      (3)

 

 

Подставляя  полученные  и  исходные  данные,  получим

 

Вес одного метра каната Н/м, определяется по формуле 

 

,                                                                                        (4)

 

где g-ускорение свободного падения, g=9,81 .

 

На  рисунке  2  изображена механическая система контргруз- конус  с  шихтой   с   действующими   на   ней   силами   и   моментами.

На  рисунке  приняты  следующие  обозначения:

-масса контргруза;

- суммарная  масса конуса  и шихты( при двухскиповой подаче  )

момент контргруза;

момент конуса и шихты;

результирующий момент системы.

Изображенная на  рисунке 2 система  описывается следующей системой  уравнений:

 

 

                                                                    (5)

Подставляя  исходные  данные,  получим

С учетом  проведенных  расчетов  выражение (1) запишется   Подставляя  в  полученное  выражение  значения  хода  конуса в граничных точках  графика движения,  рассчитываем кривую  статических усилий. Результаты  расчета  сведены  в  таблицу 3.

Динамические   усилия   на   окружности   барабана   определяется    по  формуле 

 

                                                                                       (6)

 

где приведенные к окружности барабана массы всех

движущихся частей лебедки;

       a-линейное ускорение на окружности барабана.

Величина  всех  приведенных  к  окружности  барабана  

масс    лебедки    определяется  по  формуле    

 

                                                     (7)

 

Приведенная масса поступательно  движущихся  частей  определяется  по  формуле

 

,                                                                                       (8)

 

где вес  каната, определяется  по  формуле

 

                                                                                (9)

 

Приведенная   масса   вращающихся   на  валу двигателей

деталей   (кг), определяется  по  формуле

 

                                                         (10)

 

Приведенная масса деталей  на промежуточном валу(кг), определяется  по  формуле

 

                                                                                 (11)

 

Приведенная  масса   деталей   на  валу  барана (кг), определяется 

  по  формуле

 

                                                                               (12)

 

Приведенная   масса   шкива   (кг),  определяется  по  формуле

 

                                                                             (13)

 

Приведенная  масса  механической системы контргруз-конус с шихтой  (кг),  определяется  по  формуле

 

                                                                              (14)

 

Суммарный  момент  инерции  определяется  по  формуле

 

                                    (15)

 

Подставляя   полученные   значения  приведенных масс в  формулу 

(7), получим

Используя данные таблицы 2 и рассчитанное значение , рассчитаем график динамических усилий по формуле (5). Результаты расчета сведены в таблицу 3.

 

Таблица 3-Расчет усилий в канате у барабана лебедки конусов

Точка	Время t, c	Ускорение          a, м/с	Ход конуса h, м	Статическое усилие	Динамическое усилие	Результирующее усилие
1	0,5	0,5	0,0048	256,71	118,6	375,31
2	0,6	0,5	0,0082	256,71	118,6	375,31
3	1,1	0	0,04	256,7	0	256,7
4	1,83	0	0,09	256,69	0	256,69
5	2,33	0,5	0,126	256,68	118,6	375,28
6	2,59	0,5	0,155	256,67	118,6	375,27
7	3,09	0	0,23	256,65	0	256,65
8	3,74	0	0,33	256,62	0	256,62
9	4,24	-0,5	0,4	256,6	-118,6	138
10	4,5	-0,5	0,43	256,6	-118,6	138
11	5	0	0,47	256,59	0	256,59
12	5,73	0	0,53	257,57	0	256,57
13	6,73	-0,3	0,59	256,55	-71,15	185,4