Работа пресс-ножниц НО-340 с точки зрения физических явлений в главном приводе

2 ОСНОВНА ЧАСТИНА

 

2.1 Обґрунтування схеми електропривода плунжерного насосу моделі Г305Б прес-ножиць НО-340

 

Як відомо із [5], гідравлічний привод отримав широкого розповсюдження у машинобудуванні. Цьому сприяє ряд переваг у порівняні з іншими: простота безступеневого регулювання швидкості робочого органу у широких межах, перетворення поступального руху у обертально поступальне; можливість швидкого і частого реверсування з плавним гальмуванням і розгоном; мала інерційність; велика питома енергоємність; легкість автоматизації керування і захисту; самозмащення обладнання, їх висока надійність; можливість широкої уніфікації і стандартизації типових елементів.

Об’єктом дослідження  у даному дипломному проекті є електропривод плунжерного насосу моделі Г305Б–високовольтний синхронний електродвигун типу  СДН15-21-16, 320кВт, 375 об/хв., 6000/3000В з прямим пуском від мережі і глухим приєднанням збуджувача типу ПВ 92.

В даний час, використання змінного струму в промисловості стає більш розповсюдженим в порівнянні з постійним струмом. Причинами того є те, що для використання постійного струму потрібно застосовувати спрямовувачі, що призводить до затрати додаткових коштів..

Для більшості сучасних промислових  машин використовується електропривод  змінного струму у зв’язку з тим, що такі двигуни мають ряд суттєвих переваг порівняно з машинами постійного струму. В основному ці переваги пов’язані з наявністю в машинах постійного струму електромеханічного перетворювача роду струму – колекторно – щіткового вузла, який знижує надійність машини та підвищує її експлуатаційні витрати. Крім того, машини постійного струму мають порівняно високу вартість та гірші малогабаритні показники.

 Як відомо [6], електропривод змінного струму може бути побудований на базі асинхронного або синхронного двигуна. Основними перевагами синхронних двигунів є абсолютна жорстка механічна характеристика та можливість регулювання коефіцієнта потужності. Але внаслідок більш складної конструкції та підвищеної вартості використання синхронних двигунів є технічно та економічно виправданим при потужності не менш 300 кВт.  Так як потужність встановленого синхронного двигуна складає 320 кВт, то доцільність його використання за потужністю повністю підтверджується.

Машини серії СДН мають  відкрите виконання. Їх охолодження повітряне у режимі самовентиляції.

Синхронні машини серії СДН (синхронний двигун нормальний) призначені для приводів механізмів, які не вимагають регулювання швидкості (насоси, компресори і т.д.).  Як правило (рис.2.1), ротор 1 машини явнополюсний, встановлений на стойках з підшипниками ковзання. Сердечники полюсів зібрані з окремих листів. Листи сердечника стягнуті крайніми товстими фланцами за допомогою заклепок або шпильок. Сердечник полюса ізольований. У башмаках полюсів укладена демпферна обмотка, яка складається з різноманітної комбінації латунних і мідних стержнів, замкнутих по кінцях сегментами з шинної латуні або міді. Стрижні припаяні до сегментів срібрястим припоєм. Сегменти з’єднані між собою болтами, які утворюють кільце з кожної сторони ротора. Котушки ротора намотані мідними стрічками. На валу машини, між остовом ротора і стояком підшипника, до якого прикріплена траверса, розташовані контактні кільця 7. Підшипники машини литі, роз’ємні, ковзаючого тертя з комбінованим змащенням. Для вимірювання температури у підшипниках встановлюються термометри. У машинах відкритого виконання у обшивці станини є отвори для виходу охолоджуючого повітря. Загальний вигляд синхронної машини типу СДН електропривода плунжерного насосу моделі Г305Б наведений на рис.2.1.

Рисунок 2.1 – Загальний  вигляд синхронного двигуна серії  СДН

Існуючою  схемою передбачений електромашиний збуджувач синхроного двигуна типу  ПВ 92, 19кВт, 750 об/хв.

Однак, на теперішній час  досить розповсюдженими пристроями є тиристорні збуджувачі синхронних двигунів серій ВТЕ і ВТП. До їх переваг відносяться наступні: підвищена надійність; легко програмовані при налагоджені структури систем автоматичного регулювання (стабілізація струму збудження у ручному режимі; регулювання струму збудження за: синхронного двигуна або вузла навантаження; реактивному струму статора двигуна або вузла навантаження; напругою статора); двопроводні інтерфейси для зовнішніх засобів автоматизації і діагностики; режим автоматичного опробування перед вмиканням: кіл захисту від перенапруження; справності силових кіл; розгалужена система захисту; комутаційна апаратура і електронні компоненти відомих світових виробників Schneider, Intel, Burr Brown, Motorola; будь-яка об’єктна орієнтація за вимогами замовника.

Таким чином, у якості запропонованої модернізації електропривода плунжерного  гідронасосу моделі Г305Б  у даному дипломному проекті буде розглянута можливість заміни існуючого збуджувача типу ПВ 92 синхронного двигуна на тиристорний збуджувач серії ВТЕ .

2.2 Розрахунок потужності  електропривода плунжерного гідронасосу

 

2.2.1 Характеристика гідросистеми

 

Живлення гідросистеми рідиною високого тиску здійснюється від двох насосів, горизонтальних трьохплунжерних моделі Г305Б продуктивністю кожен і тиском [7]. Робоча рідина – мастило.

Заповнення  робочих циліндрів мастилом під  час холостого ходу здійснюється від наповнювача місткістю  .

Від наповнювача  здійснюється  також підпитка насосів Г305Б.  Для вмикання насосів під навантаження використовується розвантажувально-запобігаючі клапани, які керуються гідроперемикачами з електромагнітами.

При роботі механізмів подачі, завантаження і зворотного ходу механізму притискання, різання та підпресування під навантаження двигуна вмикається тільки один з насосів. Обидва насоси вмикаються під навантаження тільки при робочих ходах механізмів притискання, різання, підпресування. Для керування роботою механізмів використовуються трьохпозиційні золотники з гідравлічним керуванням.

 

2.2.2 Розрахунок потужності електропривода гідронасоса

 

При виконанні  розрахунку електропривода подібних механізмів за основний параметр зручно приймати потужність[8]. Основними робочими параметрами насосів є подача Q_Н (м³/с) і тиск (Па), створений насосом. Якщо вибраний номінальний тиск (Па) повинен забезпечити задану силу F (Н) або обертаючий момент М (Нм), то подача Q_Н (м³/с) визначається швидкістю v (м/с) або частотою обертання (1/с) привідного вала насоса. Техніко-економічні показники проектованого гідроприводу в значній мірі залежать від прийнятого номінального тиску .Значення (МПа) відповідно до ГОСТ 12445-80 приймають рівними: 1; 1,6; 2,5; 4; 6,3; 10; 12,5; 16; 20; 25; 32; 40; 50 і т.д. Номінальний тиск вибирають виходячи з номенклатури й технічних характеристик гідронасосів.

Найбільше застосування в пресах і прес-ножицях для переробки брухту знайшли горизонтально-плунжерні кривошипні насоси. Вони здатні забезпечити велику продуктивність (до 5000 л/хв) при великих тисках (до 100 МПа).

Основні вимоги до вибору гідроприводів - забезпечення необхідних зусиль і моментів на робочих органах, а також заданих швидкостей і частот обертання.

Як правило, у каталогах  гідравлічних машин наведені значення номінальної потужності гідромашини, номінальний робочий тиск і частота  обертання валу. У гідроприводі запобіжний клапан налагоджують на номінальний тиск з невеликим запасом 5-7%, так що при повній зупинці двигуна тиск складає порядка 115% від номінального. Середня потужність на валу насоса може бути розрахована за наступною формулою:

 

                                                                          (2.1)

 

де  1,15 – коефіцієнт, який враховує режим роботи запобіжного  клапана;

- середній і максимальний  моменти навантаження на валу гідронасоса, Нм;

- номінальна подача гідронасоса, м³/с;

- номінальний тиск гідронасоса , Па .[7]

Формула (2.1) може бути приведена до виду (2.3).

Силові гідроприводи прес-ножиць мають частоту обертання від 20 до 3000 об/хв. Найбільш поширеним діапазоном частот обертання силових гідронасосів можна вважати 100-600 об/хв. При більш високих частотах виникає інерційність гідропривода, яка веде до виникнення динамічних навантажень, особливо у режимі заклинення механізму.

Насос підбирають за номінальним робочим тиском і величиною подачі. У гідроприводах з постійною робочою швидкістю використовують більш дешеві насоси постійної подачі, у приводах з регульованою швидкістю – насоси зі змінною подачею. У нашому випадку електропривід працює у тривалому режимі з незмінним чи таким, що мало змінюється, навантаженням Завдяки тому, що при тривалому режимі двигун пускається рідко, то пускові втрати не можуть значно позначитися на його нагріванні. Тому двигун вибирається за потужністю, споживаною механізмом, і перевірка його за нагріванням не потрібна.

Потужність електородвигуна розраховується за середньою потужністю механізму (для випадку коли привод регульований):

 

                                                                                (2.2)

 

де - середня потужність на валу насоса;

- к.к.д. насоса.

У ряді випадків розраховують потужність первинного двигуна  за номінальним тиском і подачею  насосу. Таким чином розраховують потужність первинного двигуна у нерегульованих приводах. Попередньо вибираємо двигун за формулою (2.3). Потужність двигуна насоса в цьому випадку дорівнює:

 

кВт,                          (2.3)

 

 

де  – номінальна подача насоса, м³/с;

- номінальний тиск насоса, Па.

Як рекомендацію слід враховувати те, що коли діапазон навантажень при регулюванні  потужності привода перевищує  , рекомендовано використовувати два насоса, один з яких має більшу подачу і вмикається при деякому підвищення тиску.

До найбільш частих причин відмови гідроприводів  відносять: робота на забрудненій робочій  рідині; перегрівання насоса або робочої рідини; обмороження насосів або розподілювачів; підвищення тиску вище норми.

Перегрівання  насосу може уникнути в наслідок його тривалої роботи на запобіжний клапан або в наслідок роботу на суху. Перегрівання можна уникнути, якщо оснастити гідропривід засобами розвантаження насоса, роботу на суху можна виключити шляхом блокування двигуна насосу за рівнем рідини у баку і положення заслонки всмоктуючого трубопровода.

Підвищення  робочого тиску вище номінального може виникнути при самовільному перенастроювані запобіжного клапану і при використанні швидкодіючих кранів, особливо, якщо на магістралі є ділянки труб зі швидкістю тікучості рідини вище за 5  м/с.

За  каталогом [9] вибираємо двигун найближчої більшої потужності за умовою :

 

 ,

 

 де К₃=1,1...1,3 - коефіцієнт запасу, що враховує вплив динамічних навантажень та інших неврахованих факторів на додаткове нагрівання двигуна.

Паспортні дані двигуна СДН15-21-16 наведені в таблиці 2.1 [7, 9]. У даній таблиці наведено основні данні синхронного двигуна, необхідні для його моделювання.

    Таблиця 2.1 – Паспортні дані двигуна СДН15-21-16

Параметр	Познач.	Величина
Активна потужність, кВт		320
Номінальна  напруга, В		6000
Номінальний струм, А		37,5
Номінальна  швидкість, с-1		39,25
Коефіцієнт  корисної дії,%	η	91
Номінальний коефіцієнт потужності		0,92
Маховий момент, т м2		0,5
Маса ротора, т		2,1
Число полюсів		16
Кратність максимального моменту, в.о.	λ	2,5
Напруга збудження, В		69
Номінальний струм  збудження, А		252
Активний опір фази статора, Ом		0,03518
Активний опір ротора, Ом		0,0032
Індуктивний опір статора, в.о.		2,5727
Індуктивний опір розсіювяння, в.о.		0,1187
Зверхперехідний індуктивний опір, в.о.		0,1336

 

Тривалий номінальний  режим роботи S1 двигуна характеризується незмінним навантаженням і тривалою роботою, протягом якої перевищення температури усіх частин двигун досягає усталеного значення. Графіки зміни моменту М та перевищення температури t наведено на рис. 2.2.

Рисунок 2.2 - Графіки моменту М та перегріву t двигуна у режимі S1 

На рис.2.3 зображений загальний вигляд поршневого гідроциліндру  двосторонньої дії, згідно з ГОСТ 22-1417-79.

Рисунок 2.3 –  Поршневий гідроциліндр двосторонньої дії

Габаритні та приєднувальні розміри гідроциліндру (рис.2.3) наведені в таблиці 2.2.

Таблиця 2.2 – Габаритні  та приєднувальні розміри гідроциліндру, мм

110	630	50	127	М33х2	40	40	50	50

 

Перевіримо  обраний двигун з урахуванням  втрат в гідросистемі.

 

Підрахуємо  площину поршня в поршневій та штоковій порожнинах:

 

,                                              (2.4)    

.        (2.5)

 

Визначимо витрати  рідини, яка надходить у поршневу порожнину гідроциліндру:

,                                               (2.6)

 

де  - швидкість пересування поршня, яка визначається відношенням ходу поршня (0,5м) до часу робочого ходу (2с) [7].

Подачу насосу з врахуванням  витрат робочої рідини можна знайти за такою формулою:

 

,                                                   (2.7)

 

де  - витрати рідини у силовому циліндрі;

- витрати рідини в напорному золотнику;

- витрати рідини у запобіжному  клапані;

- кількість гідроциліндрів.

Витрати рідини (подача) у силовому циліндрі, золотнику і запобіжному клапані знаходимо з паспортних даних гідросистеми ножиць НО-340 [7].