Автоматическая система регулирования скорости электропривода транспортного рольганга

Введение

 

Современный электрифицированный  механизм рассматривается как электромеханическая  автоматизированная (или в целом автоматическая) система, замкнутая обратными связями (через оператора или специальные технические устройства) по контролю основополагающих технологических параметров.

 В главном (силовом) канале  обязательно присутствуют электродвигатели, а также могут быть представлены  преобразователи электрической  и механической энергии. С их  помощью реализуются конкретные  законы электромеханического энергопреобразования. Каналы управляющих воздействий  на различные функциональные  элементы силовой цепи, а также  каналы обратных связей входят  в состав системы автоматического  управления (САУ) ЭП.

 Новое высокопроизводительное  оборудование для современного  механизированного производства  создаётся совместными усилиями  технологов, машиностроителей, специалистов  по электрическим машинам, ЭП  и автоматизации. Одновременно  с разработкой технологии и  конструктивного состава механического  оборудования разрабатывается его  электрическое оборудование.

 Конструктивные и  кинематические особенности исполнительного  органа механизма во многом  предопределяется типом ЭП, на  который ориентируются при разработке  механической части. Имеет место  и обратное влияние – в зависимости  от конструктивных решений механической  части значительные изменения  претерпевает ЭП. Конструктивные  решения отражаются на параметрах  механической и электрической  систем. Соотношения последних сказываются  не только на статических и  динамических качествах, но и  на потребление электроэнергии, экономической работы электрифицированного  механизма.

 

 

Исходные данные

Наименование величин	Вариант
	7
Число роликов в секции, N	16
Масса ролика, mр, т	1
Диаметр ролика, Dр, м	0,35
Диаметр шейки ролика, dр, м	0,18
Длина заготовки, L, м	24
Масса заготовки, mм, т	4
Скорость рабочего хода, Vр., м/с	2,5
Скорость транспортирования, Vв.., м/с	8
Допустимое ускорение, а, м/с2	3
Число циклов в час, Z	80
Коэффициент трения ролика при буксовании: по холодному металлу μб	0,2
Коэффициент трения в подшипниках  ролика μп	0,005
Коэффициент трения качения металла  по роликам  f	0,1·10-2

 

 

 

 

Характеристика  проектированного механизма 

Рольганги входят в состав оборудования поточных технологических  линий прокатного цеха чёрной металлургии. Рольганги представляют собой механизмы, с помощью которых осуществляется транспортировка заготовок, полуфабрикатов и готовых изделий в ходе технологического процесса прокатного производства. Современные прокатные станы характеризуются поточным технологическим процессом обработки металла, поэтому общая длина рольгангов весьма значительна, а масса их иногда достигает 20-30% от массы механического оборудования всего прокатного стана.

Широкое применение транспортные рольганги получили в связи с  развитием технологического производства, постоянным увеличением объемов  передачи между операциями деталей, внедрением автоматизированных систем учета, складирования, отпуска готовой  продукции. В настоящее время  нами освоены, изготовлены и уже  эксплуатируются несколько видов  транспортных рольгангов, а именно:

1. Рольганг ролико-опорный длиной 9м. односекционный, имеющий приводной и разгрузочный механизм, грузоподъёмностью до 15 тонн металлической круглой заготовки, служащий в качестве продольно приемного и бокового перегрузочного устройства. Круглая заготовка попадая на валки рольганга передаются до упора, затем диспетчер останавливает подачу и включает боковой подъём заготовки, которая под собственным весом скатывается в ложементы или складские площадки.

2. Рольганг подъёмно-перегрузочный  — многосекционный, общей длиной 16 м., имеющий возможность передачи  круглых заготовок от боковой  подачи на рольганг продольного  перемещения. Грузоподъёмность рольганга  — 7,5тонн. Попадая в захваты  рукавов заготовка фиксируется  ими и передаётся над рольгангом  на другой продольно передающий  рольганг, как тот который мы  изготавливали в примере номер  1.

3. Рольганг тянущий —  односекционный индивидуальной  конструкции рольганг, выполняющий роль рычага в процессе подъёма, перемещения и укладывания заготовок на транспортирующую поверхность. Является вспомогательным элементом для компенсации высокой нагрузки на исполнительные привода.

4. Рольганг опорно-поворотный  — вертикальный кранового типа  механизм радиального перемещения  заготовок, в процессе межоперационных  движений заготовок. Грузоподъёмность  до 3тн., длина рукава от оси  стойки — 1,5м., имеет ответные  части к приводному элементу (МЭО,  МЭОФ). Работает в основном между  обрабатывающими станками, в качестве  короткой механической подачи  постоянно повторяющего комплекта  заготовок (конвейерного типа).

Области применения: металлургия, добывающая, химическая, легкая, перерабатывающая промышленность, машиностроение, сельское хозяйство и другие отрасли экономики.

Назначение: автоматизация / механизация технологических процессов передачи заготовок / деталей с различными параметрами скорости, дальности передачи, грузоподъёмности, такта и ритмов происходящих технологических процессов.

Технологическая последовательность работы механизма.

Рольганг ножниц служит для  перемещения заготовки, установки  её для пореза на заданной отметке. Заготовка длиной L подается на рольганг транспортером. Рольганг запускается, перемещает заготовку на длину L/2 и останавливается. Рез заготовки ножницами происходит при неподвижном рольганге, отрезанная часть заготовки снимается с рольганга отводящим транспортером. После этого рольганг запускается вторично, перемещая оставшуюся часть заготовки (длиной L/2) за ножницы, откуда она снимается с рольганга. Затем цикл повторяется.

 

Кинематическая  схема рольганга с индивидуальным приводом.

 

Требования к  электроприводу

Основным требованием  к электроприводу транспортировочных рольгангов является отработка заданного  значения скорости

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Расчет моментов статических сопротивлений и  предварительный расчёт мощности электродвигателя.

Для того чтобы рассчитать предварительную мощность необходимо посчитать статический и динамический моменты.

Расчет динамического  момента для одного валка [3, c.375]:

 

где :

 

Расчет статического момента  для одного валка [3, c.375-376]:

 

 

 

 

Расчет мощности, [6. c 30] :

 

 

где:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выбор двигателя

Из за сложности изготовления и синхронизации передающего  механизма  групповой привод для  решения данной задачи не подходит.  Для  данного механизма рольганга  наиболее подходящим является индивидуальный привод каждого ролика без редуктора.

По выше посчитанной мощности выбираем двигатель.

Двигатель выбирается из специализированной серии АР

Трёхфазный асинхронный  электродвигатель с короткозамкнутым ротором, без внешнего вентилятора, для работы от преобразователя частоты, режим работы S1, Номинальное напряжение питания 380 В, 20 Гц. Класс защиты IP 54, класс изоляции F, климатическое исполнение – У3.

Серия двигателя: АР315SA4

Его параметры:

Р, кВт	U, B	nн, об/мин	Iн, А	Iм, А	cosφ	Ммах, Нм	Мном, Нм	J, кг/м2
25	380	590	51	142	0,81	1215	405	1,9

 

Уточним момент динамический с учетом момента инерции двигателя.

 

Уточним мощность:

 

 

Проверка электродвигателя

Расчет параметров при рабочем ходе:

Время одного цикла определяется по формуле, с, [6. c 31]:

 

где - число циклов в час

Расчитаем путь, проходимый механизмом за периоды пуска и торможения, м,  [6. c 31]

 

Продолжительность периодов пуска и торможения, с, [6. c 31]

 

Время работы с установившейся скоростью

 

Расчет параметров при транспортирование:

Время одного цикла определяется по формуле:

 

Рассчитаем путь, проходимый механизмом за периоды пуска и  торможения,

 

 

Продолжительность периодов пуска и торможения

 

Время работы с установившейся скоростью

 

Рис. 1. Нагрузочная диаграмма работы электродвигателя

Рис. 2. Скоростная диаграмма электродвигателя

Расчет эквивалентного момента:

Принимаем время пуска  равное времени торможения.

 

где:

Момент пуска

 

Момент торможения

 

Время работы

 

Двигатель проходит проверку по нагреву, так как ≥

Выбор силового преобразователя

Преобразователь частоты - это устройство, предназначенное  для преобразования переменного  тока (напряжения) одной частоты  в переменный ток (напряжение) другой частоты.

Выходная  частота в современных преобразователях может изменяться в широком диапазоне  и быть как выше, так и ниже частоты питающей сети.

Схема любого преобразователя частоты состоит  из силовой и управляющей частей. Силовая часть преобразователей обычно выполнена на тиристорах или  транзисторах, которые работают в  режиме электронных ключей. Управляющая  часть выполняется на цифровых микропроцессорах и обеспечивает управление силовыми электронными ключами, а также решение  большого количества вспомогательных  задач (контроль, диагностика, защита).

Преобразователи частоты, применяемые в регулируемом электроприводе, в зависимости от структуры и принципа работы силовой  части разделяются на два класса:

1. Преобразователи  частоты с явно выраженным  промежуточным звеном постоянного  тока.

2. Преобразователи  частоты с непосредственной связью (без промежуточного звена постоянного  тока).

Каждый  из существующих классов преобразователей имеет свои достоинства и недостатки, которые определяют область рационального  применения каждого из них.

Выбор был сделан в пользу фирмы Altivar

Серия ATV 71HD30N4

Данная серия ПЧ позволяет  управлять с помощью алгоритма  векторного управления потоком (CVF) асинхронными двигателями в разомкнутой и  замкнутой системах регулирования  скорости и синхронными двигателями  с синусоидальной Э.Д.С. в разомкнутой  системе. При сетевом питании  a 200 - 240 В и a 380 - 480 В предлагается функциональная гамма ПЧ, позволяющая управлять синхронными двигателями с синусоидальной Э.Д.С. в замкнутой системе регулирования скорости.

Его параметры

Двигатель	Сеть				Altivar71
Мощность	Линейный ток		Полная мощность	Макс. линейный ток к.з.	Макс. ток в установившемся режиме	Макс. переходный ток в  течении		№	Масса
	380 В	480В	380 В			60 c	2 c
30 кВт	66 А	56 А	43,4 кВА	22 кА	66 A	999 A	109 A	ATV71HD30N4	26000 кг

 

Проверка преобразователя  по току

Ток в двигателе во время  разгона до скорости рабочего хода,  А

 

Исходя из полученного  тока можно сделать вывод, что  даже при самом большом пусковом моменте ток преобразователя  больше тока двигателя, значит данный преобразователь частоты удовлетворяет  условиям и проходит проверку.

 

 

 

Выбор сетевого дросселя

Дроссель  сетевой (входной) предназначен для защиты преобразователя частоты от резких перепадов напряжения в сети.  Сетевой дроссель сглаживает неровности синусоидальной формы входного тока. Уменьшаются помехи, что способствует надежности работы привода и увеличивает срок его службы.

Для выбранного преобразователя частоты рекомендован сетевой дроссель серии:   VW3A4556

Его параметры

Для преобразователя	Сетевой ток  к.з.	Сетевой дроссель				№ по катологу	масса
		Значение  индуктивности	Ном. ток	Ток насыщения	Потери
ATV71HD30N4	22кА	0,3мГн	100А	-	260 Вт	VW3A4556	16000 кг