2.4 Метод предельно допустимого времени работы механизма

Метод эквивалентных ускорений и метод средних перемещений позволяют определять эквивалентную нагрузку двигателя позиционного электропривода по аналитическим формулам без построения нагрузочных диаграмм, что существенно уменьшает время, расходуемое на проектирование.

Однако в ряде случаев правильность выбора мощности электропривода определяется не только допустимой тепловой нагрузкой двигателя, но и возможностью удовлетворить какие-то конкретные технологические требования.

Далее на примере позиционного электропривода нажимного устройства реверсивного прокатного стана показывается предложенная А.Б.Зеленовым и В.С.Коцюбинским методика расчета мощности двигателя по технологическим требованиям и тепловой нагрузке [8].

Для такого механизма правильно выбранный электродвигатель должен отрабатывать критическое перемещение S_КР за время реверса прокатного стана от скорости выброса металла из валков до скорости захвата металла валками. Расчеты, выполненные для 16-ти различных станов, показали, что для блюмингов 900-1300, слябингов 1100-1250 время подобного реверса составляет Δt=2,4-3,5 с; для клетей дуо и кварто реверсивных толстолистовых станов 2250-3600 Δt=1,9-3,0 с. Поэтому электропривод нажимного устройства реверсивного прокатного стана должен отработать перемещение S_КР за некоторое заданное технологическое время Δt=1,9-3,5 с. Если время движения превысит заданное технологическое время Δt, то электропривод нажимного устройства будет ограничивать производительность прокатного стана, что недопустимо. Время на отработку других программных перемещенийрассчитывать не надо, так как, а время пауз между последующими включениями привода нажимного устройства в цикле прокатки возрастает по мере увеличения длины раската.

Таким образом, решение задачи расчета мощности привода нажимного устройства реверсивного прокатного стана должно учитывать не только допустимый нагрев электродвигателя, но и необходимость работы в требуемом динамическом режиме для отработки критического перемещения S_КР, за время , причем расчетное технологическое времяΔt должно задаваться для конкретного прокатного стана.

Нажимные устройства современных реверсивных прокатных станов имеют редукторы, передаточное число которых определяется с точки зрения оптимизации механизма по быстродействию. Дальнейшие рассуждения по расчету мощности электродвигателя нажимных устройств таких станов основываются на предположении, что передаточное число реального редуктора лежит в пределах (0,7-1,7)i_ОПТ, при которых быстродействие электропривода незначительно (на 15%) отличается от максимального [3].

При известном передаточном числе редуктора нажимного устройства (i) номинальная скорость электродвигателя, соответствующая заданной скорости механизма v_М, будет равна (– спрямляющее число, устанавливающее связь между скоростью электродвигателя и линейной скоростью рабочего механизма. Например, для нажимного устройства с шагом винтаh спрямляющее число ).

Передаточное число (или близкое к нему) по быстродействию передачи можно определить по соотношению, приведенному в [7] (при ):

.

Тогда выбираемый для привода электродвигатель должен иметь момент инерции

,

а суммарный момент инерции на валу двигателя

. (2.63)

По найденному таким образом значению и скоростиω_Н, соответствующей критическому перемещению S_КР, определяется необходимый динамический момент электродвигателя

, Дж, (2.64)

где– время разгона двигателя нажимного устройства (равное времени его торможения) до установившейся скоростиω_Н, необходимой для отработки S_КР; λ_М – перегрузочная способность электродвигателя по моменту.

По величине максимального времени движения, задаваемого технологическим процессом (Δt), номинальной скорости (ω_Н) и найденному в соответствии с (2.63) суммарному моменту инерции () определяется необходимая расчетная номинальная мощность электродвигателя по формуле

, кВт. (2.65)

Преобразуем соотношение (2.65), учтя указанное выше значение спрямляющего числа и зависимость. В этом случае

, кВт. (2.66)

Таким образом, по формуле (2.66) на основании данных механического оборудования (J_М, h) и известных технологических требований (v_М, Δt) определяется расчетная номинальная мощность двигателя с известной перегрузочной способностью (λ_М), обеспечивающей перемещение нажимного устройства за заданное максимально возможное время Δt. При проектировании системы управления установку регулятора тока (момента) следует выбирать в соответствии с принятым значением λ_М. После выбора двигателя по рассчитанной мощности следует также проверить на оптимальность передаточное число редуктора, что подтвердит возможность пользования формулой (2.66).

Например, для клети дуо стана 2800 нажимное устройство имеет параметры: i=11,38; J_М=4354 Дж∙с²; v_М=53 мм/с; h=48 мм; Δt=2,2 с. При λ_М=2 номинальная расчетная мощность двигателя составит в соответствии с (2.66):

кВт.

На нажимном устройстве действующего толстолистового стана установлены два электродвигателя по 100 кВт с номинальной скоростью п_Н=750 об/мин, момент инерции каждого двигателя J_Д=10,25 Дж∙с². При указанных данных оптимальное передаточное число редуктора

.

Фактическое передаточное число составляет 0,78i_ОПТ, что лежит в указанных выше допустимых пределах.

Расчет мощности по соотношению (2.66) не гарантирует двигатель от перегрева при реальном цикле повторно-кратковременного режима. Найдем условия, при выполнении которых расчетная мощность привода не только обеспечивает заданный технологический режим, но и гарантирует работу двигателя без перегрева.

В соответствии с методом средних перемещений (см. раздел 2.3) относительное значение пускового (тормозного) момента двигателя при полном его использовании по нагреву вычисляется по формуле (2.61).

Определим из (2.61) номинальную мощность двигателя и сравним ее с расчетной номинальной мощностьюР_Н.Р, получаемой по соотношению (2.66). Для этого преобразуем (2.61), учтя, что ,. Двигатель работает с полной тепловой нагрузкой при;(так как);;.

После преобразований соотношения (2.61) получим:

. (2.67)

Так как , то с учетом (2.67) получим

, кВт. (2.68)

Из сравнения соотношений (2.66) и (2.68) видно, что

. (2.69)

При номинальная расчетная мощностьР_Н.Р, найденная по (2.66), обеспечит не только требуемую с точки зрения технологии динамику механизма, но и работу двигателя без перегрева.

При реальных режимах работы электроприводов нажимных устройств реверсивных прокатных станов , а кратность пускового и тормозного моментов лежит в пределах. Таким образом, возможно, что коэффициент. Поэтому в каждом конкретном случае для гарантии работы двигателя без перегрева при обеспечении перемещения механизма за заданное технологическое время необходимо, чтобы. Например, для приведенного выше примера нажимного устройства толстолистового станаε=0,28. В этом случае работа двигателя без перегрева возможна при .

На рисунке 2.6 показана криваяλ=f(ε), построенная по соотношению . Эта нелинейная зависимость хорошо иллюстрирует возможность работы по заданной технологии при допустимом перегреве двигателя.

Г л а в а т р е т ь я

ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЕ ПЕРЕХОДНЫЕ ПРОЦЕССЫ В РАЗОМКНУТОЙ СИСТЕМЕ Г-Д

3.1 Определение и классификация переходных процессов. общие положения

Переходными процессами в электроприводах называются процессы изменения так называемых фазовых координат, например, скорости двигателя , тока якоря двигателя I_Я, электромагнитного момента М (или момента на валу двигателя), ЭДС Е и других величин при переходе

101