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, кгм^2	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;

m_в = 27919 кг - масса верхнего рабочего и опорного валков с подушками, опорными стаканами и другими деталями;

m_нв = 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 Р_н= 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: