8. Особенности программ предварительного выбора электродвигателя

Программы предварительного расчета электродвигателя привода созданы на основании положений, изложенных в пунктах 2 – 5 раздела 3.3.1 и раздела 3.3.2.

Подпрограммы предварительного расчета представляют собой упрощенные варианты основных программ без учета динамических нагрузок.

5. Примеры расчетов Пример 1

Подобрать электродвигатель для механизма перемещения фурмы передвижной, верхнего расположения машины для подачи кислорода в конвертор вместимостью 350 т, перерабатывающего высокофосфористые чугуны.

Рабочий ход фурмы - м;

масса фурмы с водой - кг;

масса металлорукавов, из которых два заполнены водой, - кг;

масса каретки - кг;

масса настылей - кг;

скорость перемещения фурмы - ,м/с;

диаметр ходового ролика каретки - мм;

диаметр цапфы под подшипником ходового ролика каретки - мм;

база ходовых роликов каретки - мм;

расстояние от оси ходовых роликов каретки до оси фурмы - мм;

расстояние от оси ходовых роликов до точки крепления металлорукавов - мм.

Принимаем механизм перемещения фурмы канатный, без уравновешивания. Кинематическая схема механизма представлена на рис. 5.1.

Составляем перечень операций, входящих в цикл работы механизма. Этот перечень диктуется технологией продувки ванны, которая требует на различных этапах определенного расположения фурмы относительно зеркала ванны и соответствующей длительности ее пребывания в этом положении.

Выплавка стали из высокофосфористых чугунов в конверторе вместимостью 350 т включает два периода продувки: первый – до 16 минут, формирует фосфористый шлак, который после окончания этого периода сливают из конвертора; второй – до 8 минут, получение готовой стали [6]. Руководствуясь графиком продувки [6], составляем перечень операций, табл. 5.1. При прогаре фурмы, прекращении подачи охлаждающей воды или кислорода возникает аварийная ситуация. В этом случае, выполняют подъем фурмы на максимальной скорости.

Предварительно, по зависимости 3.10 рассчитываем продолжительность каждой операции и пауз, определив перемещения из графика продувки. Скорость перемещения фурмы принимаем:

- при движении из крайних и в крайние положения;

- при аварийном подъеме фурмы;

-на всех остальных операциях.

Результаты расчета приведены в таблице 5.1.

1 – электродвигатель резервный;

2 – муфта моторная;

3 – электродвигатель рабочий;

4 – тормоз;

5 – редуктор цилиндрический;

6 – барабан;

7 – канат;

8 – каретка с фурмой и металлорукавами.

Рисунок 5.1 – Схема кинематическая механизма перемещения фурмы

Разрабатываем расчетную схему, рис. 3.6., и по методикам, приведенным в литературе [3, 7], рассчитываем статические силы, действующие на канат и соответствующие им значения мощности, принимая нагрузку от веса металлорукавов в точке их крепления к фурме постоянной:

Подъем фурмы

, кН

Опускание фурмы

, кН,

, кН,, кН.

Подъем фурмы, кВт.

Таблица 5.1 - Результаты расчета механизма перемещения фурмы

№ операции	Наименование операции	Продолжительность, с								Мощность предварительно, кВт	Момент, Нм
		операции предварительные	паузы после операции	разгона	установивш. движения	торможения	операции уточненная	цикла предварительно	цикла уточненная		статический	динамический		суммарный		Эквивален-тный
												разгона	торможения	разгона	торможения
1	Опускание фурмы из крайнего верхнего положения до расстояния 4,2 м от зеркала ванны	51	84	0,54	49,94	1,58	52,06	2629	2634,2	36	-780	3340	-1150	2560	-1930	1295
2	Опускание фурмы от 4,2 м до 3,8 м от зеркала ванны	8	54	0,08	7,84	0,24	8,16			5,5	-780	3340	-1150	2560	-1930
3	Опускание фурмы от 3,8 м до 3,0 м от зеркала ванны	16	61	0,08	15,84	0,24	16,16			5,5	-780	3340	-1150	2560	-1930
4	Опускание фурмы от 3,0 м до 2,3 м от зеркала ванны	14	120	0,08	13,84	0,24	14,16			5,5	-780	3340	-1150	2560	-1930
5	Опускание фурмы от 2,3 м до 1,9 м от зеркала ванны	8	62	0,08	7,84	0,24	8,16			5,5	-780	3340	-1150	2560	-1930
6	Опускание фурмы от 1,9 м до 1,8 м от зеркала ванны	2	528	0,08	1,84	0,24	2,16			5,5	-780	3340	-1150	2560	-1930
7	Подъем фурмы в крайнее верхнее положение	58	120	1,58	56,94	0,54	59,06			65	1410	1150	-3340	2560	-1930
8	Опускание фурмы из крайнего нижнего положения до расстояния 1,8 м от зеркала ванны	58	340	0,54	56,94	1,58	59,06			36	-780	3340	-1150	2560	-1930
9	Опускание фурмы от 1,8 м до 1,5 м от зеркала ванны	6	140	0,08	5,84	0,24	6,16			5,5	-780	3340	-1150	2560	-1930
10	Подъем фурмы в крайнее верхнее положение	59	840	1,58	57,94	0,54	60,06			65	1410	1150	-3340	2560	-1930
11	Аварийный подъем фурмы	22	-	3,96	19,37	1,31	24,64			165	1410	1150	-3340	2560	-1930

Рисунок 5.2 – Схема к расчету механизма перемещения фурмы машины для подачи кислорода в конвертер

Опускание фурмы

, кВт,

где - вес фурмы с водой, кН;

- вес металлорукавов, кН;

- вес каретки, кН;

- вес настылей на фурме, кН;

- сопротивление движению ходовых роликов, кН;

- нормальная реактивная сила в точке контакта ходовых роликов с направляющими, кН;

- коэффициент, учитывающий жесткость металлорукавов [7];

- коэффициент, учитывающий дополнительные сопротивления движению ходовых роликов (реборды, перекосы, заклинивания) [3];

- коэффициент трения качения ходовых роликов по направляющим, м [3];

- коэффициент трения в подшипниках ходовых роликов [3];

- диаметр ходовых роликов, м;

- диаметр цапфы под подшипником роликов, м;

- скорость движения на соответствующей операции, м/с;

- кпд механизма с учетом потерь в направляющих блоках, канатном барабане.

Результаты расчета приведены в таблице 5.1.

По результатам расчета строим предварительную нагрузочную диаграмму, рис. 5.3. и рассчитываем по зависимостям 3.1, 3.3, 3.6:

; - не вычисляем, так как холостой ход отсутствует;.

Анализ предварительной нагрузочной диаграммы с учетом положений и условий подразделов 3.3.2 - 3.3.4 позволяет сделать вывод: механизм перемещения фурмы работает в длительном режиме – выполняется условие 2 подраздела 3.3.2. Для электродвигателя наиболее близким является номинальный режим S7. Поэтому дальнейший расчет ведем по методике подраздела 3.3.2.

Рассчитываем по зависимости 3.21 эквивалентную мощность: .

Механизм перемещения фурмы работает в условиях высоких температур и значительной загрязненности окружающей среды с регулированием скорости в широких пределах. Поэтому с учетом положений раздела 2 выбираем для установки в механизме электродвигатель постоянного тока закрытого, защищенного исполнения, металлургический или крановый с установкой на лапах.

Так как эквивалентная мощность на порядок меньше мощности для аварийного подъема, предварительно электродвигатель выбираем по мощности для аварийного подъема, но с учетом того, что кратковременно электродвигатель может развивать повышенный в 2,5-5 раз момент. Приняв кратность максимального момента , находим, по которому предварительно выбираем электродвигатель постоянного токас параллельным возбуждением и стабилизирующей обмоткой, тихоходный, напряжением, номинальный режимS7, мощность , с номинальной частотой вращения

Рисунок 5.3 — Предварительная нагрузочная диаграмма механизма перемещения фурмы

Рисунок 5.4 — Уточненная нагрузочная диаграмма

, максимальной частотой вращения , максимальным моментом, кратностью пускового момента, моментом инерции якоря, диаметром выходного конца вала электродвигателя.

Так как отказ механизма перемещения фурмы вызовет аварийную ситуацию с тяжелыми последствиями, не исключая человеческие жертвы, в приводе кроме рабочего устанавливаем резервный электродвигатель.

Перед расчетом кинематических параметров, найдя по общеизвестным методикам разрывную силу, выбираем канат и рассчитываем диаметр барабана. Принимаем и, зная номинальную скорость подъема фурмы, рассчитываем частоту вращения барабанаи требуемое передаточное число редуктора. По расчетному передаточному числу с учетом передаваемой мощности, режима работы, частоты вращения быстроходного вала выбираем редукторс передаточным числом, диаметрами быстроходного и тихоходного валов 90 мм и 150 мм.

Рассчитываем угловые скорости по всей кинематической цепи:

, ,;

, ,;

, ,.

По диаметрам соединяемых валов выбираем моторную муфту с моментом инерции, а после расчета по общеизвестным методикам тормозного моментавыбираем тормоз ТКП600 с номинальным тормозным моментоми моментом инерции тормозного шкива[8].

В соответствии с пунктом 9 подраздела 3.3.1 рассчитываем моменты инерции деталей привода и приводим их к валу электродвигателя .

По методике пункта 10 подраздела 3.3.1 рассчитываем продолжительности разгона, торможения, установившегося движения по всем операциям цикла. Результаты расчета приведены в табл. 5.1.

Рассчитываем приведенные к валу электродвигателя статические, динамические, суммарные моменты по методике пункта 11 подраздела 3.3.1.

По данным табл. 5.1 строим уточненную нагрузочную диаграмму, рис. 3.8, из анализа которой делаем окончательный вывод о том, что механизм перемещения фурмы работает в длительном режиме.

По уточненной нагрузочной диаграмме и данным табл. 5.1 рассчитываем эквивалентный момент и мощность (3.24): .

Так как удовлетворяет условию (3.22).

принимаем к установке предварительно выбранный двигатель.

Проверяем электродвигатель по условиям пуска (3.20), используя уточненную нагрузочную диаграмму рис. 3.8 и табл. 5.1:

т.е. выбранный электродвигатель обеспечивает разгон механизма перемещения фурмы в период пуска.

Проверяем электродвигатель по перегрузочной способности (3.23), используя уточненную нагрузочную диаграмму рис. 5.4 и результаты расчета табл. 5.1.

Выполнение этого условия позволяет сделать вывод, что выбранный электродвигатель обеспечит подъем фурмы в аварийной ситуации.

Удовлетворение условий пуска и перегрузочной способности позволяет принять окончательно для установки в привод механизма перемещения фурмы предварительно выбранный электродвигатель (параметры приведены выше).