Основы расчета параметров металлургических машин

Приводы металлургических машин и режимы их работы

В соответствии с большим разнообразием машин для металлургического производства, отличающихся друг от друга структурной схемой передачи энергии к рабочим органам, приводы можно разделить на три типа: групповые, индивидуальные и многодвигательные. Групповые приводы являются устаревшими.

Современные машины, как правило, оборудованы индивидуальными приводами на каждый механизм с максимальным сокращением сложных трансмиссий и передач, что значительно повышает надежность машин и сокращает их металлоемкость. На некоторых агрегатах применяют прогрессивные многодвигательные навесные приводы. Например, для поворота конвертеров, передвижных миксеров и других устанавливают (6... 12 электродвигателей).

Для осуществления необходимого движения и скоростного режима рабочих звеньев машины применяются соответствующие системы автоматического управления приводами: пуском, торможением, реверсом, изменением скорости, поддержанием постоянных момента и скорости, автоматизацией цикла и т.д. В настоящее время интенсификация производственных процессов немыслима без широкого внедрения автоматизированных систем приводов.

В металлургических машинах применяются электрический, гидравлический, пневматический и гидропневматический приводы.

Основным типом привода в машинах металлургического производства является электрический. Этот привод состоит из электродвигателя, комплекта аппаратуры для управления и промежуточной механической трансмиссии. Электродвигатель выбирают с учетом его устройства и управления, надежности в эксплуатации, а также с учетом массы, габаритов и стоимости. При выборе электродвигателя учитывают рода тока, номинальное напряжение и мощность, пусковые и тормозные токи, вид естественной механической характеристики, конструктивное исполнение (горизонтальный или вертикальный вал, фланцевое крепление, открытое или закрытое исполнение, способ вентиляции).

Для многих металлургических машин и механизмов нормальным является повторно-кратковременный режим их работы с частыми пусками, резкими реверсами, быстрыми остановками, а также с широким диапазоном изменения скорости. Снижение времени переходных процессов вызывает повышение ускорений. Приводы машин подвергаются действиям больших динамических нагрузок, которые во много раз могут превышать технологические. Поэтому в таких машинах применяют специальные электродвигатели металлургического типа, обладающие высокими параметрами по механической прочности и перегрузочной способности и имеющие небольшие моменты инерции. Последнее достигается минимально возможным диаметром ро тора за счет увеличения его длины. Снижение момента инерции ротора способствует улучшению динамических характеристик привода, а также снижению продолжительности переходных процессов и увеличению производительности машины.

В металлургическом производстве ряд механизмов по технологическому назначению работают на упор при незначительном движении рабочего органа. Для этих механизмов применяют электродвигатели с «экскаваторной» характеристикой.

В машинах металлургического производства используются электродвигатели постоянного тока, обеспечивающие регулирование скорости машин в широких пределах. В последнее время все шире применяют асинхронные электродвигатели с частотным или векторным управлением. Применяются также компактные приводы типа мотор - редуктор (М-Р), например, в таких механизмах, как транспортные рольганги, роликовые грохота и др.

Безредукторные приводы, применяют в тяжело нагруженных механизмах. Они имеют лучшие динамические характеристики и большую надежность по сравнению с обычным приводом.

Гидравлический привод используется в механизмах, работающих в тяжелых условиях работы. По сравнению с электроприводом гидропривод обладает: большей перегрузочной способностью, меньшей массой и габаритами, снижением динамических нагрузок в механизме, отсутствием предохранительных устройств от перегрузки и др. В современных гидроприводах рабочее давление масла достигает 32 МПа. Гидравлический привод, в отличие от электропривода, целесообразно применять при больших усилиях и малых скоростях движения рабочего органа. Однако, гидропривод пожароопасен и его применение не может быть повсеместным.

Пневматический привод характеризуется простотой конструкции, широким диапазоном регулирования скорости, небольшими габаритами и массой, плавностью работы. Однако его мало применяют из-за низкого кпд и высокой стоимости. Перспективным является применение гидропневматических приводов, обладающих гибкостью управления и регулирования, отсутствием насосных установок.

Режимы работы приводов.

Энергосиловые расчеты приводов машин требуют точного определения режима нагружения, величины и характера изменения нагрузок в машинах. Неправильный или неполный учет всех факторов может быть причиной перегрузок и поломок деталей и узлов. Машины, как правило, работают в следующих режимах: длительном, повторно-кратковременном и кратковременном.

Рис. 2.1. График скорости и момента привода при длительном режиме работы

При длительном режиме работы машина включается в технологический процесс па продолжительное время. Для таких случаев на рис. 2.1 представлены графики скорости v= f(t) и крутящего момента М = f(t). Из графика видно, что пуск продолжительностью /_п осуществляется плавно, растянут во времени, а поэтому инерционные нагрузки существенной роли не играют. При установившемся режиме (t_y) скорость протекания технологического процесса может изменяться.

Повторно-кратковременный режим делится на периоды работы f_pl, f_p2 и остановки f_oi, t_o2 (рис. 2.2). Тахограмма (график функции v= f(t)) может принимать вид треугольника (рис. 2.2, а) и трапеции (рис. 2.2, б). Во втором случае помимо периодов пуска и торм.ожения привод работаете с установившейся скоростью v_y. Технологические нагрузки в машинах могут иметь постоянный (рис. 2.2 а, 2.2, б) и переменный (рис. 2.2, в) характер, что отражено на графиках крутящих моментов приводов.

Время остановки t₀ одного из механизмов агрегата обусловлено работой других механизмов, совместить работу которых невозможно. Например, для механизма поворота люльки вагоноопрокидывателя во время его остановки производится очистка вагонов или замена порожнего вагона груженым.

Повторно-кратковременный режим работы характеризуется относительной продолжительностью включения (ПВ,%). Для случая, представленного на графике (рис. 2.2), ПВ находят по формуле:

ПВ-Xfp,/Г_ц 100-(f_pi+f_p2)/(f_p 1+f_p2+?o 1+*о2 ) 100,

где Ytpi - суммарное время работы механизма в течение цикла; /_ц - продолжительность цикла.

Рисунок 2.2. График скорости и момента привода при повторнократковременном режиме работы с

М =const {а, б) и М = var (в)

Для электродвигателя приняты следующие стандартные значения продолжительности включении, которые определяются за время цикла не более 10 мин: ПВ = 15, 25, 40, 60 %. Если ПВ > 60 %, то выбирают электродвигатель, нормированный на длительный режим нагружения, при ПВ <10 % - на кратковременный режим.

Для многих металлургических машин, работающих в повторнократковременном режиме, переходные процессы составляют основную часть продолжительности цикла. Поэтому увеличение производительности машины за счет сокращения времени цикла работы вызывает значительное повышение инерционных нагрузок и общее повышение напряженности элементов машин.

Кратковременный режим работы (рис. 2.3) характерен для механизмов, работающих эпизодически. В этом случае продолжительность остановки механизма значительно превышает время полезной работы. Тахограмма, или зависимость скорости в функции времени, для кратковременного режима работы может быть трапециевидной или треугольной.