attachments / sms-demag 2012
.pdf
Расчёт мощности электропривода ножниц с параллельным резом, наклонными ножами и требования к их электроприводу
Чтобы построить графики нагрузки, необходимые для мощностей двигателей ножниц должны быть определены статические моменты. Для этой цели применяют 2 способа:
1)статический момент реза определяется по величине давления Р на ножах. Для расчёта используют удельное сопротивление резанию в виде зависимости удельного сопротивления резанию от относительной глубины надреза τ=f(ε). Эти экспериментальные данные в виде таблиц или кривых определяются для случаев реза металла разного состава при разных температурах;
2)по второму методу, который можно назвать методом удельных расходов энергии, используют экспериментальные данные об удельной работе резания в зависимости от относительной глубины надреза а=f(ε).
Процесс резания во всех случаях протекает следующим образом. Вначале происходит вмятие ножей в
металл. При этом давление Р на ножах растёт. По достижении максимальной величины Рm начинается процесс сдвига (процесс самого реза). При этом по мере уменьшения площади уменьшается величина Р,
инаконец, происходит отрыв. Чем твёрже металл и ниже температура, тем раньше происходит отрыв. При высокой температуре сдвиг происходит почти до конца реза.
Рассмотрим, как определяется давление и момент резания при помощи зависимости τ=f(ε).
Относительная глубина надреза равна:
ε = |
ν |
, |
ν − глубина надреза (мм), |
|
h |
|
h − начальная высота сечения (мм). |
Полное усилие резания равно:
P = τ S,
τ − удельное сопротивление резанию (Н/мм2),
S − площадь поперечного сечения полосы (мм2)
По рассчитанным данным усилий резания в |
|
зависимости от кинематической схемы ножниц строят |
График зависимости удельного сопротивления |
график статических моментов в функции времени M=f(t). |
|
|
резанию от относительной глубины надреза |
Расчёт мощности электропривода ножниц с параллельным резом, наклонными ножами и требования к их электроприводу
При расчёте по удельным расходам энергии удельный расход энергии а представляет собой работу резания образца сечением 1 мм2 при его высоте 1 мм и выражается [Н·мм/мм3].
Полная работа резания А при параллельных ножах равна:
A =Sh a,
Удельная работа резания равна:
a = ∫εотр τdε |
(*) |
0 |
|
S − площадь поперечного сечения полосы (мм2); h − высота сечения полосы (мм);
a − удельная работа резания (Н·мм/мм3).
Она определяется по площади кривой (рис.) в пределах от начала резания до отрыва отрезаемого металла. При резании листового металла на ножницах с наклонными ножами полное усилие Р содержит три составляющие: Р1, Р2, Р3:
P = P1+P2 +P3, |
Р1 |
− усилие реза; |
Р2 |
− усилие изгиба отрезаемой части; |
|
|
Р3 |
− усилие изгиба металла в зоне резания. |
Усилие Р1 может быть определено на основании опытных данных об удельной работе резания а по формуле Целикова:
P = |
h |
2 |
|
α − угол наклона между ножами |
|
|
|
a, |
|||
tg(α) |
|||||
1 |
|
||||
|
|
||||
Полное усилие резания Р с учётом Р2 и Р3 обычно определяется по формуле:
|
|
|
tg(α) |
|
1 |
|
|
|
P = P |
1 |
+ k |
+ |
|
|
. |
||
|
(1+ (σ5/σ y |
2 |
|
|||||
1 |
|
0.5 σ5 |
|
|
||||
|
|
|
|
x)) |
||||
Расчёт мощности электропривода ножниц с параллельным резом, наклонными ножами и требования к их электроприводу
Значение k определяется по графику (рис.) в зависимости от безразмерной величины λ:
λ = d tg(α),
σ5 h
σ5, σ, x − коэффициенты, зависящие от температуры металла
и его химического состава (справочник Целикова), d − диаметр отрезанной части,
y=c/h.
с− боковой зазор, который рекомендуется брать: c=0.07·h при h<5 мм; c=0.5·h при h>5 мм; x=10 для листа.
b − ширина листа.
По усилию резания момент определяется обычно графо-аналитическим путём в зависимости от кинематической схемы ножниц.
Полная работа резания для ножниц с наклонными ножами равна произведению усилия Р на условный ход ножей:
A = Pb tg(α)
Средняя мощность двигателя ножниц равна:
Ncp = |
A |
, |
Тц − время цикла. |
|
|||
|
Tц |
|
|
Ножницы обжимных станов являются наиболее загруженными механизмами, поэтому сокращение цикла весьма необходимо. Число включений в час составляет от 350 до 600 и более. Механическая характеристика двигателя должна обеспечивать получение тока упора, а его САУ − синхронизацию ножей с необходимой точностью (требуется регулятор положения). Высокое быстродействие. Применение для ножниц безредукторного привода позволяет за счёт резкого повышения ускорений и замедления увеличить число резов в 2 и даже в 5 раз по сравнению с редукторным, а также снижает запас кинетической энергии, что даёт при высокой скорости перемещения ножей уменьшение ударов в момент их соприкосновения с металлом.
Требования, предъявляемые к электроприводу и расчёт мощности двигателя дисковых ножниц
При резании на дисковых ножницах учитывают две составляющих усилия резания:
P = P1+ P2 |
Р1 |
− усилие собственного реза, |
Р2 |
− усилие изгиба отрезаемой собственной части. |
Усилие Р1 определяют по формуле Целикова:
P |
= |
h2 |
|
a, |
|
2 tg(α1) |
|||||
1 |
|
|
|||
|
|
|
|||
cos(α1 )=1 − h+Dy ,
a − удельная робота резания, полученная на основании опытных данных
и определённая по приближённой формуле (*)
y − перекрытие ножей (мм); D − диаметр диска (мм).
Полное усилие резанию Носсаль рекомендует определять по формуле:
|
|
tg(α1) |
|
|
|
|
|
+ K1 |
|
|
Коэффициент K определяют по рис. |
||
|
||||||
P = P1 1 |
σ5 |
, |
||||
|
|
|
1 |
|||
|
|
|
|
|
||
Момент на ножах этих ножниц будет равен:
M =PDsin(α)
Потребляемая мощность определяется по формуле:
N = 9500Mnнη.
Двигатель дискових ножниц испытывает длительную нагрузку. Его САУ должна обеспечивать требуемую жёсткость механической характеристики в соответствии с конкретным технологическим требованием.
Требования, предъявляемые к электроприводу манипуляторов и расчёт его мощности
В зависимости от расположения привода различают 2 типа конструкций манипуляторов − европейский и американский. Для манипуляторов европейского типа линейки расположены по обе стороны рольганга. Конструкция такого манипулятора проста, но требует много места. Для манипуляторов американского типа привод правых и левых линеек располагаются с одной стороны рольганга.
Манипуляторы относятся к механизмам, работающим с большим числом включений в час, причём фактическая частота включений электропривода, как правило, больше того расчётного значения, которое можно определить на основании конкретной программы прокатки. Число включений в час достигает 1500−2000. Программные перемещения линеек и их число, необходимые при проектировании электропривода определяют на основании калибровки валков и учёта технологии. Кантовка слитка перед определённым проходом, правка искривлённых слитков производится линейками манипулятора.
Кинематическая схема манипулятора европейского типа |
Кинематическая схема манипулятора американского типа |
1 – левая линейка перед станом (с кантующим механизмом); |
1 – левая линейка перед станом (с кантующим механизмом); |
2 – правая линейка перед станом; 3 – толкающая штанга левой |
2 – правая линейка перед станом; 3 – передняя толкающая штанга; 4 – |
линейки; 4 – толкающая штанга правой линейки; 5 – зубчатая рейка; |
передняя тянущая штанга; 5 – зубчатая рейка; |
6 – редуктор манипулятора; 7 – электродвигатель манипулятора; 8 – |
6 – редуктор манипулятора; 7 – электродвигатель манипулятора; 8 – |
командоаппарат, 9 – тормоз; 10 – редуктор кантователя; |
командоаппарат, 9 – тормоз; 10 – редуктор кантователя; |
11 – электродвигатель кантователя; 12 – линейки манипуляторов за |
11 – электродвигатель кантователя; 12 – линейки манипуляторов за |
станом |
станом |
Требования, предъявляемые к электроприводу манипуляторов и расчёт его мощности
Кего ЭП предъявляются следующие требования:
1)высокое быстродействие;
2)обеспечение большого числа включений в час (до 2200);
3)перемещение линеек с заданной точностью регулирования;
4)диапазон регулирования скорости не менее 10:1;
5)обеспечение экскаваторной характеристики с частыми стопорениями при правке металла;
6)высокая надёжность системы электропривода.
Суммарный момент статического сопротивления Мс, приведённый к валу двигателя, равен:
Mc = M1+ M2 + M3, |
М1 |
и М2 − моменты, необходимые для перемещения линеек |
манипулятора и слитка вдоль роликов рольганга соответственно; |
||
|
М3 |
− момент, необходимый для правки искривлённой полосы. |
Статические моменты и мощности ЭП манипулятора рассчитывают для одной пары линеек, причём для расчёта необходимо брать ту пару, которая несёт на себе ЭП и механизм кантователя. Составляющие момента статического сопротивления определяют следующим образом:
M1 = M1′+M1′′= |
∑m gd |
μ |
∑m |
|
gf 10−2 |
, |
1 |
ш 1 + |
|
2 |
i η |
||
|
2i η |
|
|
|
|
|
M1′ и M1′′ |
− моменты, |
необходимые для преодоления трения скольжения линеек манипулятора по |
||||
направляющим и трения качения зубчатых реек по реечным шестерням соответственно;
∑m1 и ∑m2 - суммарная масса деталей, приходящаяся на трущиеся поверхности ползунов линеек и катящейся по реечным шестерням соответственно;
dш − диаметр реечной шестерни;
μ1=0.15 − коэффициент трения скольжения линеек о стальные направляющие при бронзовых вкладышах на ползунках; f=0.1 см − коэффициент трения качения реек по реечным шестерням;
i и η − передаточное число и КПД редуктора, g=9.81 м/с2 − ускорение свободного падения.
Требования, предъявляемые к электроприводу манипуляторов и расчёт его мощности
Из кинематической схемы манипулятора величины ∑m1 и ∑m2 выражаются следующим
образом: |
|
|
|
+ m |
|
+m |
|
|
2 |
(∑m |
|
+ ∑m |
|
) |
mn1 и mn2 − массы правых линеек перед и за клетью; |
∑m = m |
|
|
|
+ |
|
|
|||||||||
1 |
|
|
n1 |
|
n 2 |
|
k |
|
3 |
|
ш2 |
|
ш3 |
|
mk − масса кантователя с электроприводом; |
∑m2 |
= 2 |
∑mш2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
∑mш2 − суммарная масса толкающих штанг правых линеек; |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
∑mш3 − масса штанг и шатуна кантователя; коэффициент 2/3 |
||||||
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
учитывает то, что только часть массы приходится на трущиеся |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
и катящиеся поверхности. |
Момент, необходимый для перемещения слитка по роликам рольганга: |
|||||||||||||||
M2 |
= |
g mсл dш μ2 |
, |
|
|
|
|
|
|
|
mсл − масса прокатываемого слитка; |
||||
|
|
|
|
|
|
|
μ2 − коэффициент трения скольжения слитка по роликам рольганга. |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
2i η |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Момент, необходимый для правки искривлённого слитка, равен:
M3 = |
Pdш |
, |
Р − усилие, которое должны развивать линейки при исправлении изогнутого слитка. |
|
|||
|
2i η |
|
|
Усилие Р приближённо определяется по формуле:
Pl |
= σs S, |
l − длина искривлённой полосы или линеек манипулятора (мм); |
|
σs − предел текучести прокатываемого металла (Н/м); |
|||
4 |
|||
|
S − сечение прокатываемого металла. |
При ориентировочных расчётах значение Р берётся по таблице.
Диаметр валков , мм |
Минимальное и максимальное усилие на линейках, Н |
Скорость перемещения, м/с |
|
|
|
1000…1150 |
(40…1000)×104 |
1 |
800…900 |
(25…80)×104 |
(0.7…0.8) |
700…800 |
(12…25)×104 |
(0.4…0.7) |
Требования, предъявляемые к электроприводу манипуляторов и расчёт его мощности
Динамический момент на валу ЭД манипуляторов определяется из уравнения движения:
M j = J ddtω ± MC .
Линейное ускорение или замедление линеек:
a = dvdt = d2шi ddtω.
Подставляя значение dω/dt и учитывая действие пускового момента Мп или момента электрического торможения Мт получаем для периода пуска и торможения расчётные формулы для определения линейного ускорения и замедления линеек манипулятора:
aп = dш (Mп−MC ) |
, |
2 i g |
|
aт = dш (Mт−MC ). 2i g
На основании программы прокатки составляется таблица перемещение линеек манипулятора. Используя эту таблицу, строят тахограмму работы привода манипулятора, на основании которой рассчитывается нагрузочная диаграмма двигателя.
Проверка двигателя по нагреву и перегрузочной способности производится известными
методами.
Требования, предъявляемые к электроприводу рольгангов и расчёт мощности его привода
К ЭП рольгангов предъявляются следующие требования:
1)закрытое исполнение двигателей для защиты от воздействия окалины и воды;
2)частая работа на упор (до 15 с);
3)работа в режиме короткого замыкания;
4)ограниченный максимальный момент двигателя во избежание поломок;
5)повышенная электрическая и механическая прочность;
6)большое число включений в час (до 1200);
7)высокое быстродействие;
8)ввиду непосредственной близости к горячему металлу обмотки двигателей должны иметь жаростойкую изоляцию.
При расчетах нагрузки электродвигателей рольгангов в различных режимах работы необходимо определить следующие статические моменты:
-момент холостого хода Мх;
-момент транспортирования металла по роликам Мтр;
-момент буксования роликов о металл Мб,
Момент холостого хода рольганга, приведенный к валу двигателя
M= 9,81 mp Zp dш μш ,
x2 i ηxx
mp - масса одного ролика, кг;
Zp - количество роликов;
dш - диаметр шейки ролика, м;
μш - коэффициент трения скольжения в подшипниках ролика; i - передаточное число редуктора;
ηхх - КПД редуктора при холостом ходе.
Требования, предъявляемые к электроприводу рольгангов и расчёт мощности его привода
Момент транспортирования металла по роликам определяется следующим выражением:
|
d |
ш μш + |
f 10−2 |
|
mm − масса метала, которая приходится на секцию рольганга, |
||
|
9,81 mm |
|
|
приводимую данным двигателем, кг |
|||
Мтр = |
|
2 |
|
|
, |
η − КПД редуктора; |
|
|
|
iη |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
f - коэффициент трения качения металла по роликам (для холодного |
|
металла f =0,1 см, для горячего металла а f =0.15 см).
Момент буксования. Двигатели рольгангов у клетей реверсивных станов, задающие рольганги у нереверсивных клетей, рольганги у упоров ножниц и пил для резки проката должны обеспечивать момент, достаточный для пробуксовки роликов о металл.
Момент буксования, приведённый к валу двигателя, определяется по формуле:
M= 9,81 mм Dр μб ,
б2 i ηн
Dp − диаметр ролика,
μб − коэффициент рения скольжения роликов о металл при буксовании (μб=0.1…0.15 − холодная сталь, μб=0.2…0.2 − горячая сталь)
Определение момента Мб роликов по металлу необходимо для выбора электродвигателя по перегрузочной способности.
При выборе электродвигателей приводов рольгангов кроме статической нагрузки надо произвести оценку динамических показателей привода (моменты разгона и торможения для холостого и гружёного рольганга).
Расчёт мощности двигателя группового привода ведут с учётом всех его роликов.
Расчёт мощности индивидуального привода относятся к одному ролику.