Курсовой проект

по курсу

Теория электропривода

Разработка электропривода прокатного стана холодной прокатки

Содержание

Введение

1. Анализ и описание системы «Электропривод− рабочая машина»

1.1 Количественная оценка вектора состояния или тахограммы требуемого процесса движения

1.2 Количественная оценка моментов и сил сопротивления

1.3 Составление расчетной схемы механической части электропривода

1.4 Построение нагрузочной диаграммы и механической характеристики рабочей машины

2. Анализ и описание системы «электропривод−сеть» и «электропривод−оператор»

3. Выбор принципиальных решений

3.1 Построение механической части электропривода

3.2 Выбор типа привода вместе со способом регулирования координат. Оценка и сравнение выбранных вариантов

4. Расчет силового электропривода

4.1 Расчет параметров и выбор электродвигателя

4.2 Расчет параметров и выбор силовых преобразователей

5. Расчет статических механических и электромеханических характеристик двигателя и привода

6. Расчет переходных процессов в электроприводе за цикл работы

6.1 Обоснование перехода к одно-массовой расчетной схеме

6.2 Расчет регуляторов и параметров структурной схемы

7. Проверка правильности расчета мощности и окончательный выбор двигателя

8. Разработка схемы электрической принципиальной

Заключение

Список литературы

Введение

Целью данного курсового проекта является разработка и расчет параметров главного электропривода прокатного стана холодной прокатки. Прокатный стан за четыре пропуска должен прокатать полосу необходимой толщины.

Обработка металла прокаткой занимает важное место в металлургическом производстве. Прокатный стан это устройство, состоящее из большого количества механизмов, объединенных одним технологическим процессом. В прокатном стане имеются главные механизмы рабочие валки прокатной клети и вспомогательные механизмы, обеспечивающие непрерывность технологического процесса.

Главные механизмы, предназначенные для обработки металла, обеспечивают обжатие металла и придают ему требуемое сечение и форму готовой продукции.

Электропривод прокатного стана холодной прокатки.

Электропривод прокатного стана получает питание от 3-фазной сети переменного тока частотой 50 Гц ,напряжением 380 В,

Кинематическая схема прокатного стана приведена на рисунке 2 и в графической части курсового проекта.

Прокатный стан за четыре пропуска должен пропускать полосу необходимой толщины.

Исходные и расчётные данные при пропусках приведены в таблице 1.

Таблица 1.

Момент холостого хода на оси валков (М0) , диаметр валков (D) , передаточное число редуктора (I) , к.п.д. редуктора (KPDp) , к.п.д. механизма (KPDм). Захват прокатываемой полосы происходит при заданных скоростях прокатки.

Момент инерции редуктора, приведенный к валу двигателя – Jред;

Момент инерции шпинделя - Jшп;

Количество шпинделей - 4;

Количество рабочих валов - 4;

Длина рабочих валов - L;

Момент инерции муфты - Jмуф;

Исходные данные для варианта №1 :

М0 = 14 кНм ;

I = 4,25 б/р ;

KPDм = 0,83 о.е. ;

L = 0,75 м ;

Jшп = ;

D = 480 мм ;

KPDр = 0,91 о.е. ;

Jред = 40 % ;

Jмуф = 10,5 ;

Vп1 = 0,5 м/с;

Vп2 = 1,5 м/с;

Vп3 = 2,25 м/с;

Vп4 =3 м/с;

Тр1 =9,4 с;

Тр2 = 11,8 с;

Тр3 = 12,3 с;

Тр4 = 13,8 с;

Т01 = 2,71 с;

Т02 = 2,58 с ;

Т03 = 2,57 с;

Т04 = 2,59 с;

Тц1 = 12,11с;

Тц2 = 13,38 с;

Тц3 = 15,87 с;

Тц4 = 16,39 с;

М01 =33,6* Нм ;

М02 =39,2* Нм ;

М03 =43,1* Нм ;

М04 =41* Нм ;

1. Анализ и описание системы ЭП рабочая машина

1.1 Тахограмма требуемого процесса движения

Исходя из требований технологического процесса и задания на проектирование следует установить какие процессы движения рабочего механизма должен реализовать электропривод.

В соответствии с заданием прокатный стан за четыре пропуска должен прокатить полосу необходимой толщины. Заданы скорости прокатки, определяем скорость вращения вала электродвигателя.

рад/с (1.1)

рад/с (1.2)

рад/с (1.3)

рад/с (1.4)

где:

- скорость вращения вала двигателя при каждом пропуске проката.

V_пi – линейная скорость прокатки

i - передаточное число редуктора

R_вал – радиус валков

Тахограмма движения будет иметь вид:

Рисунок 1 - Тахограмма движения

(с) (1.5)

(с) (1.6)

(с) (1.7)

(с) (1.8)

где - суммарное время работы на i-ой характеристике.

Т_рi – машинное время

Т_oi – вспомогательное время

Время цикла:

(с) (1.9)

1.2 Количественная оценка моментов и сил сопротивления

Целью данного анализа является количественная оценка моментов и сил, противодействующих движению за весь цикл работы, что является основой для силового расчета двигателя.

Рассчитаем статический момент приведенный к валу двигателя:

,

где:

Мс – момент, приведенный к валу двигателя

Мс.пр – момент прокатки

(1.10)

- суммарный КПД стана

_ред – КПД редуктора

_мех – КПД прокатного механизма

(Н*м) (1.11)

(Н*м) (1.12)

(Н*м) (1.13)

(Н*м) (1.14)

(Н*м) (1.15)

где:

М_хх – момент холостого хода.

1.3 Составление расчётной схемы механической части привода

Для теоретических исследований реальную механическую часть электропривода заменяют динамически эквивалентной приведенной расчетной схемой, состоящей из сосредоточенных инерционных элементов, соединенных между собой упругими связями, и обладающей таким же энергетическим запасом, как и исходная реальная система привода [1]. Как правило, при проектировании электропривода рассматривают либо двухмассовую консервативную систему, либо, проведя должное обоснование, одномассовую.

Кинематическая схема установки имеет вид:

Рисунок 2 - Кинематическая схема привода

На схеме :

1 – приводной двигатель ;

2,4 – упругие муфты ;

3 – редуктор ;

5 – универсальные шпиндели ;

6 – валки ;

Определим моменты инерции элементов , входящих в состав привода. На предварительном этапе момент инерции двигателя неизвестен. Обозначим Jдв = Х , тогда момент инерции редуктора , приведённый к валу двигателя Jред = 0,4Х ; момент инерции муфты Jмуф = 10,5 , момент инерции шпинделей Jшп = 4,2 .

Момент инерции рабочих валков определяем по формуле :

(1.16)

где - плотность материала для стали ;

l –длина валков ;

D – диаметр валков .

Осуществим приведение моментов инерции элементов привода к валу двигателя :

Приведение осуществим по формуле :

Получаем:

(кг*м²);

(кг*м²);

(кг*м²);

(кг*м²);

(кг*м²);

(кг*м²)

В схеме упругими элементами являются муфты. Поэтому первоначально механическую часть привода представим 3- х массовой расчётной схемой:

Рисунок 3 - Расчётная схема привода

Дальнейший расчет приведен в разделе 6.

1. Построение нагрузочной диаграммы и механической характеристики рабочей машины

В соответствии с заданием привод осуществляет работу по следующему алгоритму : разгон на холостом ходу , выход на рабочую скорость , наброс момента , работа под нагрузкой , сброс момента , работа на рабочей скорости на холостом ходу , переход на повышенную скорость . В соответствии с вышеописанным алгоритмом привод работает на четырёх различных скоростях в течении цикла .

Нагрузочная диаграмма механизма представляет собой зависимость приведенного к валу двигателя момента (или мощности, если известно передаточное число редуктора) в функции времени за цикл работы.

На данном этапе проектирования имеется возможность рассчитать и построить только упрощенную нагрузочную диаграмму – зависимость статических моментов в функции времени, т.е. без учета динамических нагрузок. Упрощенная нагрузочная диаграмма рабочей машины (механизма), построенная по рассчитанным для каждого участка цикла работы статическим нагрузкам, приведена на рисунке 4.

Нагрузочная диаграмма по расчётным данным имеет вид :