Федеральноеагентство по образованию ГОУ ВПО «Сибирский государственный индустриальныйуниверситет»
Кафедраавтоматизированного электропривода и промышленной электроники
КУРСОВОЙПРОЕКТ НА ТЕМУ
РАЗРАБОТКААВТОМАТИЗИРОВАННОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА БАРАБАНА ЗАКАЛОЧНОЙ МАШИНЫ
Новокузнецк,2010г.
ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
РАЗДЕЛ 1. НАЗНАЧЕНИЕ МЕХАНИЗМА ВОБЩЕЙ ТЕХНОЛОГИИ
1.1 Краткое описание технологического процесса (ТП)
1.2 Кинематическая схема и ее описание
1.3 Место проектируемого электропривода в технологическомкомплексе
1.4 Требования, предъявляемые ТП к ЭП
1.5 Литературный обзор систем ЭП механизма по теме проекта
1.6 Разработка функциональной схемы САУ ЭП
Раздел 2. ВЫБОР СИЛОВОГОЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ
2.1 Исходные данные к расчету нагрузок ирежимов работы
2.2 Расчет статических и динамическихнагрузок
2.3 Проверка двигателя
Раздел 3. РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВРЕГУЛЯТОРОВ САУ
3.1Расчет параметров регуляторов САУЭП
3.2Разработка принципиальной схемаСАУ ЭП и составляющих ее основных блоков
3.3Разработка технологических изащитных блокировок
Раздел 4. КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕСАУ ЭП
4 Математическая модель САУ ЭП
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ЛИТЕРАТУРНЫХИСТОЧНИКОВ
ПРИЛОЖЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
Запоследнее время на ОАО «НКМК» наметился рост темпов производства.Немалую часть проката составляет рельс типа Р-65, подлежащий далее процессузакалки в масле, чем и обеспечивается повышенная прочность и износоустойчивостьданного типа продукции, Повышение объемов выпуска, продукции, связанное сувеличением заказа, требует стабильной и безаварийной работы всего закалочногокомплекса, а значит и барабана закалочной машины. Тем более что, отбезаварийной и безошибочной работы электропривода барабана зависит производительностьвсего термоотделения РБЦ.
Необходимоотметить, что неточная работа данного электропривода, в лучшем случае, приводитк так называемым «сколам пера», и в худшем, к загибу рельса вбарабане. Наличие «скола пера» наносит экономический ущербпредприятию, так как рельс с таким дефектом подлежит в дальнейшем отбраковке. Загибрельса в барабане вызван тем, что рельс не успел вовремя окунуться в масло илиокунулся не полностью, из-за чего в процессе остывания, изгибаясь, застревает вкаретке. Для извлечения рельса из барабана необходимо: сливать масло, вскрыватьбарабан и разрезая по частям вытаскивать рельс. В это время, нагреваемые в печирельсы теряют «температурный режим», что приводит к снижению ихкачества, а значит и к выпуску второсортной продукции, имеющую намного меньшуюстоимость на рынке.
Запоследнее время работа электропривода барабана не отмечалась, какстабильностью, так и безаварийностью. В связи с этим возникла необходимость вмодернизации, а также в более детальном изучении особенностей работы электропривода.
РАЗДЕЛ 1. НАЗНАЧЕНИЕ МЕХАНИЗМА ВОБЩЕЙ ТЕХНОЛОГИИ
1.1 Краткое описание технологическогопроцесса (ТП)
Посленагрева в закалочной печи до необходимой температуры (850-880°С) пакет рельсовв положении «на боку» поступает к окну выдачи из печи. Оператор постауправления №2 (ПУ-2) перемещает шлеппер выдачи в печь, поднимает дорожкишлеппера, захватывает один рельс и включает привод перемещения шлеппера на ходиз печи. Рельс транспортируется на кантователь. При подходе к кантователюскорость шлеппера снижается, начинается дотягивание, затем следует остановка иопускание дорожек шлеппера. Происходит кантовка рельса в положение «наподошве». После этого шлеппер реверсируется, устанавливается в исходноеположение, включается система охлаждения дорожек шлеппера.
Еслитемпература рельса, выданного на рольганг, превышает заданную, то рельснекоторое время остывает на нем, а если ниже заданной, то такой рельссталкивается шлеппером на стеллаж брака.
Поокончании кантовки включается рольганг перед закалочной машиной при условии,что прижим задающих роликов поднят, барабан закалочной машины (БЗМ) находится висходном положении, в каретках закалочной машины на линии задачи отсутствуетрельс. Срабатывает упор перед ЗМ, рельс на малой скорости устанавливается подгибочные машины. После обработки концов рельса на гибочных машинах начинаетсязадача рельса в барабан закалочной машины.
Одновременнос перемещением рельса по рольгангу осуществляется автоматическое клеймение.Клеймитель включается дважды: при прохождении мимо него переднего и заднегоконца рельса.
Кактолько рельс ушел за последний рычаг кантователя, осуществляется возврат его висходное положение.
Припроходе переднего конца рельса через ось задающих роликов включается механизмприжима задающего ролика. Одновременно с этим скорость вращения рольганга передЗМ и скорость вращения задающих роликов повышается, и рельс задается в БЗМ сбольшой скоростью. Снижение скорости происходит, когда от оси задающих роликовдо конца задаваемого рельса остается около 2-х метров. При подходе концазадаваемого рельса к оси задающих роликов дается команда на подъем прижимазадающих роликов и одновременно с ней команда на ход доталкивателя вперед.Доталкиватель толкает рельс в каретки барабана. При достижении переднегоположения доталкиватель автоматически реверсируется, возвращается в исходноеположение и отключается. БЗМ готов к повороту.
Одновременнос задачей очередного рельса осуществляется выдача закаленного рельса из БЗМ.После остановки БЗМ и фиксации его в заданном положении происходит включениевыталкивателя. Он толкает рельс из кареток барабана на рольганг за закалочноймашиной.
Привыдаче рельса из закалочной машины на 50-100 мм за ось выдающих тянущих роликов даются команды на опускание прижима выдающих роликов и на работу устройства длясброса масла и окалины с рельса. Выталкиватель автоматически реверсируется ивозвращается в исходное положение. Подъем прижима происходит при выходе заднегоконца выдаваемого рельса за габарит закалочной машины.
В случаеесли рельс не был выдан выдающими роликами на достаточное расстояние от БЗМ,включается рольганг за закалочной машиной и транспортирует рельс в позицию длякантовки.
Происходитотключение устройства для сброса масла и одновременно дается команда навключение кантователя за БЗМ. Происходит кантовка рельса в положение «на бок».После кантовки включается рольганг за ЗМ, кантователь в это время возвращаетсяв исходное положение. Рольганг прижимает рельс к упору за БЗМ, после чегоотключается.
Командана поворот барабана закалочной машины подается по возвращении доталкйвателя висходное положение после загрузки рельса в каретки барабана при соблюдении рядапрочих условий.
Барабанзакалочной машины состоит из 12 групп кареток для рельсов. Если барабанизначально пустой, то они последовательно заполняются, пока не будет заполнено10 кареток. При заполнении 11-й каретки из 1-й каретки будет производитьсявыгрузка, т.е. загрузка и выгрузка рельса осуществляются одновременно. В этомслучае поворот осуществляется с 10-ю рельсами в барабане. Каждый поворот барабанаЗМ осуществляется на 30°. Если загрузка рельсов не происходит, то выполняетсятолько выгрузка рельсов.
1.2Кинематическая схема и ее описание
Закалочнаямашина состоит из следующих основных узлов:
1. Закалочного бака, наполненного маслом;
2. Вращающегося барабана с подвешеннымик лучам его звездочек двенадцатью группами кареток.
Кареткипредставляют собой устройства, предназначенные для приема и удержания рельса вбарабане в положении «стоя на подошве». Рельс, как заходящий в барабан, так ивыходящий из него, катится по роликам каретки как по направляющим.
Насекции каретки, расположенные на концах барабана (т.е. на 1-ю и 5-ю), привареныопоры пяты. В эти пяты упираются шатуны толкателей направляющих устройств иприводят каретки, находящиеся на линии выдачи после поворота барабана ввертикальное положение.
3. Направляющихустройств, предназначенных для удержания концов закаленного рельса на линиивыдачи.
Нагретыйдо нужной температуры рельс задающими роликами подается в барабан (в 1-юкаретку).
После того,как задний конец рельса минует ролики, доталкиватель доводит рельс до упора.После поворота барабана включается выталкиватель, который, выталкивая рельс избарабана, доводит передний конец находящегося в 11-й каретке закаленного рельсадо выдающих роликов. Эти ролики выдают рельс из барабана на рольганг.
Таблица1 – Технические данные барабана закалочной машиныСкорость вращения барабана 2,6 об/мин
Передаточные отношения
Редуктора (iред) 33,5
Открытой пары (io.n) 6 Общее (i) 201
Коэффициенты полезного действия Редуктора 0,87 Открытой пары 0,93 Количество включений в час 120
Кинематическаясхема машины приведена на рисунке 1.
/>
Рисунок 1 – Кинематическаясхема машины.
Моментинерции загруженного барабана рельсами:
/>
Моментыинерции всей системы
/>
где Jдв = 7 – момент инерции двигателя (типдвигателя Д812), кг·м2;
Jред = 1,15 — момент инерции редуктора,кг·м2;
δ= 1,2– коэффициент, учитывающий момент инерции звеньев редуктора;
ηм—0,93-0,87-0,81-коэффициент полезного действия механизма.
1.3Место проектируемого ЭП в технологическом комплексе
Участокобъемной закалки рельсов входит в состав рельсобалочного цеха. Участокпредназначен для осуществления объемной закалки производимых в цехе рельсов сцелью обеспечения им заданных технологическими процессами качеств. Закаливаниеосуществляется посредством погружения нагретых рельсов в масло в барабанезакалочной машины.
В составучастка входит ряд механизмов и устройств, перечень которых приведен ниже:
- механизмперемещения шлеппера выдачи;
- механизм подъемадорожек шлеппера выдачи;
— охлаждающееустройство дорожек шлеппера выдачи;
- кантовательрельсов;
- рольганг передзакалочной машиной;
- устройствоводовоздушной смеси;
- механизмцентрирования;
- исчезающий упорперед закалочной машиной;
- гибочные машины;
- клеймительрельсов;
- механизм вращениязадающих роликов;
- механизм прижимазадающих роликов;
- доталкивательрельсов;
- механизм вращениябарабана закалочной машины;
- выталкиватель;
— механизмвращения выдающих роликов; — механизм прижима выдающих роликов;
- скребковыйтранспортер;
- элеватор;
- устройство уборкиокалины;
- устройство сбросамасла;
- рольганг зазакалочной машиной;
- кантовательрельсов за закалочной машиной;
- исчезающий упорза БЗМ.
Механизмыобъединены в систему автоматизации, которая позволяет управлять механизмамиучастка в автоматическом режиме.
1.4Требования, предъявляемые ТП к ЭП
Кприводу БЗМ предъявляются следующие требования:
- системауправления должна обеспечить точность останова барабана, равную ±15' (минут),на валу барабана.
- на валу барабанаускорение при пуске и торможении не должно превышать 1,8 рад/сек на тихоходномвалу редуктора;
- время перемещениябарабана на 30° (разгон, установившееся движение, торможение) не должно превышать4 сек.
1.5 Обзорсистем ЭП механизма по темепроекта
КТЭвыполняются на номинальные токи от 10 до 5000 А и напряжения 220(230),440(460), 600(660), 750(825), 930(1050) В. Напряжения питающей сети 0.38, 6, 10кВ. Номинальный ток возбуждения встроенного возбудителя до 63 А, комплектного –до 1000 А. Номинальное напряжение возбудителя 220, 440 В, коэффициент мощности 0,79-0,86,КПД = 89-97% КТЭ на токи от 10 до 800 А выполняются с естественным воздушнымохлаждением. КТЭ на токи от 800 до 4000 А могут выполняться как с естественным,так и с дополнительным воздушным охлаждением (обдуванием). КТЭ на ток 5000 Авыполняется с внешним обдуванием.
СоставКТЭ может быть различным и зависеть от типа исполнения и перечня встроенныхустройств. КТЭ может состоять из одного или нескольких ТП со встроеннымиустройствами, расположенными в одном или нескольких шкафах с общим питанием.
В составКТЭ на токи от 200 до 500 А входит один или два шкафа (шкаф силовой ШС и шкаф встроенныхустройств ШВУ) и силовой трансформатор, В случае наличия в составе КТЭ сетевогореактора он устанавливается внутрь одного из шкафов. Шкаф КТЭ и силовойтрансформатор монтируются на общей раме. В шкафах, входящих в состав КТЭ,устанавливаются встроенные устройства: САР, контактор, возбудитель, УПТ, УДТ,УВТ. На дверцах шкафов КТЭ размещены приборы, кнопки и переключатели оперативногоуправления, лампы сигнализации.
КТЭ натоки от 200 до 630 А
а)реакторное исполнение с УДТ б) трансформаторное исполнение в) возбудитель
/>
Рисунок2 —
СЧП — силовая часть ТП; СУ — система управления; СЗС — система защиты и сигнализации;БУ- блок управления; БП — блок питания; БР — блок регулирования; УЗП узелзащиты от перенапряжения; УДТ — узел динамического торможения; УНТ — устройствопитания электромагнитного тормоза; УВТ — устройство питания ОВ тахогенератора;БВ — возбудитель.
1.6Разработка функциональной схемы САУ ЭП
Весьрабочий цикл барабана закалочной машины делится на три этапа;
а) разгондо установившейся скорости и движение на этой скорости;
б) торможениеи точная остановка барабана в заданном положении;
в) пауза.
Висходном состоянии системы подано напряжение на обмотку возбуждения двигателя,источники питания включены, главные цепи замкнуты.
Сельсиннаходится в нулевом положении, выходное напряжение задатчика интенсивности 13Иравно нулю.
Соответственнорегуляторы тока, ЭДС и положения имеют нулевые сигналы на выходе. Приводнеподвижен.
Прикоманде на запуск барабана включается реле КЗ (ЯР1) и подает напряжение на вход13И. Появляется ток в цепи якоря двигателя, который через датчик токасравнивается с изменяющимся выходом регулятора ЭДС и обеспечивает разгонпривода. Разгон продолжается до установившейся скорости, пока сигнал обратнойсвязи по ЭДС на входе РЭ не станет равным сигналу с 13И. Выход РЭ уменьшаетсядо величины, которая обеспечит ток двигателя, равный статической нагрузке.
На этомзавершается разгон, и привод движется на установившейся скорости. После того,как узел вычисления начала торможения УВНТ подаст сигнал на торможение,снимается напряжение задания, и замыкается контур положения (обесточиваетсяреле КЗ (ЯР1). Выход фазовыпрямительного устройства ФВУ-1 подключается к 13И.Начинается торможение барабана с заданной интенсивностью и установка в исходномположении. При точной установке барабана в исходном положении, выходноенапряжение ФВУ-1 должно быть равно 0±03в» Тормоз накладывается после того, какбарабан находится в зоне исходного положения не менее 0.5 сек. Эта выдержкапредотвращает преждевременное затормаживание до полного окончания переходныхпроцессов. После этого происходит закорачивание РТ и РЭ.
Функциональнаясхема системы изображена на рисунке 3: