Модернизация электропривода нажимных винтов

Размещено на http://www.Allbest.ru/

СОДЕРЖАНИЕ

Реферат

Перечень листов графической документации

Введение

1. Обзор литературных источников

2. Технологическая часть

2.1 Краткое описание цеха прокатки широкополочных балок

2.2 Краткая технология прокатки и отделки двутавров

2.3 Нажимное устройство

2.4 Техническая характеристика нажимного устройства

2.5 Исходные данные для проектирования

2.6 Кинематическая схема механизма

2.7 Требования к электроприводу

3. Конструкторская часть

3.1 Выбор двигателя

3.2 Расчет момента сопротивления

3.3 Построение тахограммы и нагрузочной диаграммы за цикл

3.4 Предварительная оценка работоспособности электропривода по перегрузке и нагреву

3.5 Выбор преобразователя

3.6 Синтез системы регулирования

3.6.1 Расчет параметров двигателя

3.6.2 Расчет коэффициентов обратных связей

3.6.3 Синтез регуляторов

4. Исследовательская часть

4.1 Моделирование в MATLAB

4.2 Анализ переходных процессов

5. Организационно-экономическая часть

5.1 Расчет капитальных затрат

5.2 Расчет эксплуатационных расходов

6. Энергосбережение

7. Безопасность жизнедеятельности

7.1 Анализ условий труда персонала и эксплуатации проектируемого оборудования

7.1.1 Анализ выполнения общих требований к размещению оборудования и размещению рабочих мест. Соответствие оборудования общим требованиям безопасности

7.1.2 Анализ опасных и вредных производственных факторов в цехе, где будет установлено проектируемое оборудование

7.2 Электробезопасность

7.2.1 Категории производственных помещений по степени опасности поражения электрическим током

7.2.2 Меры защиты от поражения электрическим током электротехнического, технологического и электротехнологического персонала

7.2.3 Организация оперативного обслуживания и ремонта электроустановок. Квалификация персонала

7.3 Гражданская оборона и действие персонала в чрезвычайных ситуациях

7.3.1 Цель организации гражданской обороны и основные задачи

7.3.2 Организационная структура гражданской обороны на предприятии

7.3.3 Возможные чрезвычайные ситуации

7.3.4 Сигналы оповещения и действия персонала по ним

7.4 Пожарная безопасность

7.4.1 Категории помещений по взрывопожарной и пожарной опасности

7.4.2 Возможные причины возникновения пожаров

7.4.3 Оснащение помещений средствами пожаротушения и план расположения их

Заключение

Библиографический список

РЕФЕРАТ

Настоящий дипломный проект является работой по исследованию возможности замены приводов постоянного тока ответственных производственных механизмов на переменный. Тема является актуальной в наши дни.

В проекте был выбран аналогичный по мощности и скорости асинхронный двигатель, преобразователь частоты, выбран векторный способ управления, произведен расчет статического момента. Система управления, построенная по принципу подчиненного регулирования, оптимизирована, рассчитаны передаточные функции, постоянные времени и коэффициенты регуляторов, обратные связи.

Расчеты на нагрев и перегрузку подтвердили правильность выбора мощности двигателя. Произведенные технико-экономические расчеты показали, что за счет экономии эксплуатационных расходов срок окупаемости меньше нормативного.

Результаты моделирования показали, что привод отрабатывает задание по положению с заданной точностью, показатели переходных процессов (перерегулирование и время регулирования) удовлетворительные, тахограмма и нагрузочная диаграмма близки к рассчитанным.

Таким образом, результаты работы подтвердили, что мероприятие по модернизации электропривода оправдает себя.

Пояснительная записка содержит 88 страниц машинописного текста.

Графическая часть содержит 6 чертежей формата А1.

ПЕРЕЧЕНЬ ЛИСТОВ ГРАФИЧЕСКОЙ ДОКУМЕНТАЦИИ

№ п/п	Наименование документа	Обозначение	Формат
1	Электропривод нажимных винтов. Схема принципиальная силовая	14 06 04 0664 011 Э3	А1
2	Электропривод нажимных винтов. Кинематическая схема. Тахограмма и нагрузочная диаграмма	14 06 04 0664 011 К	А1
3	Электропривод нажимных винтов. Схема функциональная	14 06 04 0664 011 Э2	А1
4	Электропривод нажимных винтов. Схема структурная	14 06 04 0664 011 Э1	А1
5	Электропривод нажимных винтов. Моделирование	14 06 04 0664 011 Э1	А1
6	Электропривод нажимных винтов. Технико-экономические показатели модернизации электропривода	14 06 04 0664 011 ПЛ	А1

ВВЕДЕНИЕ

Данный дипломный проект является работой по изучению электропривода нажимных винтов, установленных на клети 1300 цеха проката широкополочных балок ОАО НТМК. Цех был пущен в работу в декабре 1977 года. И на данном механизме были установлены 2 двигателя постоянного тока (двухдвигательный привод) МПС-640-700 и комплектный тиристорный привод КТЭУ-1600/750-22181-УХЛ4.

Тема дипломного проекта - модернизация электропривода нажимных винтов.

Здесь будет рассмотрена идея замены провода постоянного тока, существующего в настоящее время, на электропривод переменного тока. Дело в том, что при проектировании данной установки (1977 год) преобразователи частоты не достигали такого технического уровня, как преобразователи постоянного тока, и не устанавливались на таких ответственных механизмах. Они применялись для нерегулируемых приводов или приводов с небольшим (ступенчатым) регулированием.

Современные преобразователи частоты по своим техническим характеристикам ничуть не уступают преобразователям постоянного тока, а двигатели переменного тока имеют лучшие технико-экономические показатели. Применение частотных преобразователей в настоящее время является более перспективным.

На последующих страницах будут произведены необходимые расчеты механической части, выбран двигатель, преобразователь, построена тахограмма и нагрузочная диаграмма, проверки привода на перегрузку и нагрев, разработка системы регулирования. В программе Matlab будет создана модель привода, изучены его характеристики в динамике. В экономических расчетах определен срок окупаемости и величина капитальных затрат. Будут рассмотрены вопросы безопасности жизнедеятельности.

Цель всего проекта - показать актуальность темы замены приводов постоянного тока переменным.

1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРНЫХ ИСТОЧНИКОВ

Для многих прокатных станов имеется необходимость изменять по условиям технологического процесса расстояние между рабочими валками. У одних прокатных станков изменение расстояния между валками производится часто, после каждого пропуска (у блюмингов, слябингов, толстолистовых станов, реверсивных станов холодной прокатки), у других - редко, лишь в процессе настройки, при переходе от одного прокатного профиля к другому или при износе калибров, подшипников. Для изменения расстояния между валками можно перемещать верхний или нижний рабочие валки в двухвалковом стане, или один из валков трехвалкового стана. В большинстве случаев перемещается верхний рабочий валок.

Механизм, с помощью которого изменяется положение рабочего валка, называется нажимным устройством. Большое влияние на конструкцию нажимного устройства оказывает скорость, с которой перемещается рабочий валок. В зависимости от скорости перемещения валка нажимные устройства можно разбить на три группы:

1. Нажимные устройства с ручным приводом, применяемые в сортовых станах, у которых калибровка рассчитана на определенный, неизменный раствор валков, а также в старых конструкциях небольших станах горячей и холодной прокатки листов.

2. Тихоходные нажимные устройства с электроприводом для листовых станов горячей и холодной прокатки, у которых высота подъемов невелика, порядка 100-200мм. При этом скорость перемещения очень мала, что вызывается необходимостью иметь малые перемещения и точную остановку.

3. Быстроходные нажимные устройства с электроприводом, предназначаемые для станов с относительно большой высотой подъема верхнего рабочего валка, доходящего до 1500мм и выше. Такие устройства применяются для блюмингов, слябингов, толстолистовых станов и т.п.

На практике применяются следующие скорости перемещения верхнего валка (табл. 1.1)

Таблица 1.1

Виды нажимных устройств

Стан	Скорость перемещения верхнего валка, мм/с
Блюминги 1100-1300	80-200
Блюминги 1150	50-120
Блюминги 800-900	40-80
Толстолистовые и среднелистовые	12-25
Сортовые	2-5
Толстолистовые горячей и холодной прокатки	0,05-0,2
Реверсивные станы холодной прокатки	0,01-0,02

При отсутствии металла в валках под влиянием веса валка между концом винта и пятой и в резьбе гайки нажимного винта образуется зазоры. В этом случае при захвате металла валками будут возникать сильные удары, которые вызовут повышенный износ и быстрое разрушение механизма. Для предохранения нажимного устройства от ударов при захвате металла необходимо устранить зазоры, что выполняется с помощью уравновешивающих устройств. На современных прокатных станах встречаются четыре способа уравновешивания:

· Пружинное, при котором пружины упираются на станину. Такой способ применяется только в тех случаях, когда высота подъема не превышает 50-100 мм (для сортовых станов с постоянным расположением калибров.)

· Грузовое, осуществляется при помощи контргрузов, расположенных под рабочей клетью. Оно широко применяется для быстроходных нажимных устройств при значительных перемещениях верхнего валка.

· Гидравлическое, производящееся при помощи гидравлических цилиндров. Плунжеры гидравлических цилиндров соединены с траверсой, которая тягами связаны с подушкой верхнего валка. Развиваемое плунжером усилие преодолевает вес уравновешиваемых деталей. Гидравлическое уравновешивание применяется у станов с относительно небольшим перемещением верхнего валка.

· Пружинное уравновешивание с обратными винтами, при котором пружины опираются не на станину, как в первом случае, а на подвижные опорные гайки, движущиеся со скоростью, равной скорости перемещения валка.

Недостатком уравновешивания с обратным винтом является:

1) дополнительные потери на трение в обратном винте;

2) большая высота;

3) отсутствие независимого перемещения верхнего валка от нажимных винтов.

В связи с указанными недостатками эта система уравновешивания применяется сравнительно редко. Во всех уравновешивающих устройствах усилия уравновешивания выбирают с таким расчетом, чтобы они были больше веса уравновешивания на 20-40%.

Значительное количество нажимных устройств работают в повторно- кратковременном режиме с большой частотой включения (обжимных, толстолистовых, среднелистовых станов). Так, число перемещений верхнего валка блюминга в час составляет по расчету 1100-1300. На практике эта величина еще выше и доходит до 1600-2000 перемещений в час. У непрерывных листовых станов горячей прокатки, сортовых, заготовочных и проволочных станов нажимное устройство работает в кратковременном режиме. Верхний рабочий валок перемещается лишь при настройке стана. У непрерывных и реверсивных станов холодной прокатки частота включения нажимных устройств - величина очень небольшая. В непрерывных листовых станах с автоматическим регулированием толщины полосы нажимные устройства работают с чистотой, доходящей до 1800 включений в час.

В соответствии с указанным для привода нажимных устройств блюмингов, слябингов, толстолистовых и среднелистовых станов, а также непрерывных тонколистовых станов горячей и холодной прокатки с автоматически регулированием толщины полосы применяются двигатели постоянного тока.

Для привода непрерывных станов обычно используются двигатели переменного тока.

Система автоматизации выдает для таких механизмов, как нажимные винты, манипуляторы, сталкиватели, всего один параметр - заданное положение. При отсутствии позиционной системы для управления этими механизмами необходимо было бы задать величину скорости привода, темп торможения, момент его начала и окончания. Все это существенно усложнило бы систему управления. В приводах с позиционным управлением, как правило, задается лишь конечное значение координат положения, при этом задание изменяется скачком. Минимальное возможное задание на перемещение составляет 0,01-0,00001% полного хода механизма. Желаемая точность отработки - основной параметр, определяющий как структуру позиционного САУ, так и состав элементов. Система управления нажимными устройствами реверсивных станов является весьма сложной. В реверсивном стане металл прокатывается по заданной программе обжатий, которые определяются положением верхнего валка в каждом пропуске. Качество готового проката во многих случаях определяется точностью установки валков, за которой оператор должен непрерывно наблюдать.

Таким образом, изучив техническую литературу, сделаем следующие выводы. В связи с большой частотой включений механизма необходимо уменьшить момент инерции привода. По этой причине применяем двухдвигательный привод. По этой же причине на обжимных станах существует тенденция к снижению передаточного отношения редуктора нажимного устройства с заменой червячной передачи цилиндрической и с применением двигателей вертикального исполнения.

Тип системы управления - векторная, выбор связан с требованиями к приводу, регулятор положения - параболический, что позволит отработать все виды перемещений с точным позиционированием.

2. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

2.1 Краткое описание цеха прокатки широкополочных балок

Универсальный балочный стан предназначается для производства двутавровых балок с параллельными гранями полок из углеродистых и низколегированных сталей по ТУ-14-2-24-72 и отдельных крупногабаритных спецпрофилей в пределах предусмотренной проектом характеристики оборудования.

Техническая характеристика:

l. Bec прокатываемых заготовок, т	2-18,8
2. Сечение заготовок, мм	180Ч450-450Ч1000
3. Длина заготовок, м	3,6-11,4
4. Марки сталей, катаемых на стане: а) углеродистые с пределом прочности, кг/мм247 с пределом текучести, кг/мм224 б) легированные с пределом прочности, кг/мм254 с пределом текучести, кг/мм240
	47
	24
	54
	40
5. Сечение балок, мм	100Ч200-400Ч1000
6. Максимальная длина выкатываемых полос, м	100
7. Длина готовых балок, м6 - 30, в том числе получаемых на пилах горячей резки, м	6-30 12-30
8. Производительность стана, т/год	1700000
9. Минимальный расчетный цикл прокатки одной полосы, с	50

Состав цеха. В состав оборудования цеха входят пять укрупнённых участков:

* нагревательные печи

* рабочая линия стана

* участок сборки и перевалки клетей

* пилы горячей резки

* холодильники

* балкоотделка

Участок нагревательных печей оборудован загрузочными стеллажами, рольгангами, печными толкателями, устройствами для выдачи нагретых заготовок, стеллажом недокатов со сталкивателем и одной установкой сбива окалины. Участок обеспечивает приём заготовок с адьюстажа машины непрерывного литья заготовок (МНЛЗ), транспортировку заготовок к нагревательным печам, посад заготовок в печи, нагрев в соответствии с температурным режимом, выдачу заготовок из печей, сбив окалины гидросбивом, подачу нагретых заготовок к рабочим линиям стана, а также возврат недогретых заготовок, либо недокатов в пролёт адьюстажа МНЛЗ.

Участок рабочих линий стана включает в себя обжимную реверсивную клеть «1300» с манипуляторами, кантователями, рабочими и раскатными рольгангами, промежуточную и предчистовую группы клетей в составе универсальной и вспомогательной клетей каждая, чистовую универсальную клеть, подъёмные столы с направляющими линейками, транспортные рольганги и установки сбива окалины. Участок обеспечивает прокатку нагретых заготовок по утверждённым схемам прокатки до получения требуемого двутавра или колонного профиля в соответствии с ГОСТом, с периодическим сбивом с них окалины водой высокого давления.

Участок сборки и перевалки клетей включает в себя: плитовины рабочего участка клетей, промежуточные плитовины, плитовины и балки участка разборки и сборки участка разборки и сборки клетей, эстакаду, устройство для перевалки клетей, передаточную и перевалочную тележки, выдвижные и переходные мостики, площадки для обслуживания и траверсы для смены горизонтальных и вертикальных валков. Участок сборки и перевалки клетей служит для установки универсальных и вспомогательных клетей в линии прокатки стана, для смены, обслуживания, разборки и сборки.

Участок пил горячей резки состоит из двух стационарных и четырех передвижных пил, передвижных рольганговых секций с управляемыми бортами, скипового подъёмника, устройства для подачи обрезков в скип, клеймителя и стационарных рольгангов перед и за пилами. Участок обеспечивает порезку раскатов на штанги мерной или нормальной длины согласно заказам, клеймение и маркировку штанг и удаление обрези в вагоны.

Участок холодильников включает в себя три двухсекционных стеллажа-холодильника, оборудованные шлепперами и кантователями, подводящими и отводящими рольгангами. Участок обеспечивает приём поступающих с пил горячей резки порезанных раскатов, охлаждение их в положении «стоя на полке» и выдачу холодных балок в положении «лежа на боку» на рольганги балкоотделки.

Участок балкоотделки включает в себя правильные машины с горизонтальными и вертикальными роликами, линии осмотра балок в потоке, горизонтально-правильные прессы, пилы холодной резки, рольганги, стеллажи, и другое вспомогательное оборудование. Участок обеспечивает правку проката, осмотр, доотделку и выдачу балок на склад для складирования или погрузки в вагоны.

Спецификация к рис. 2.1 приведена в табл. 2.1.

Таблица 2.1

Технологический состав цеха

№ поз.	Наименование
1	Рольганги
2	Загрузочное устройство
3	Пульт управления 1 (ПУ-1)
4	Пульт управления 2 (ПУ-2)
5	Толкатель печной
6	Нагревательная печь
7	Устройство для безударной выдачи металла
8	Сталкиватель недокатов
9	Пульт управления 3 (ПУ-3)
10	Гидросбив окалины
11	Пульт управления 4 (ПУ-4)
12	Перевалочное устройство
13	Верхний электродвигатель - 5250 кВт 65-100 об/мин
14	Нижний электродвигатель 5250 кВт 65-100 об/мин
15	Обжимная клеть «1300»
16	Яма окалины № 1
17	Вспомогательная клеть №1 (ВК-1)
18	Устройство для перевалки клетей
19	Главная универсальная клеть №1 (ГУК-1)
20	Электродвигатель 3600 кВт 80-150 об/мин
21	Электродвигатель 8500-770 кВт 63-110-120 об/мин
22	Пульт управления 5 (ПУ-5)
23	Пульт управления 6 (ПУ-6)
24	Главная универсальная клеть №2 (ГУК-2)
25	Вспомогательная клеть №2 (ВК-2)
26	Электродвигатель 6500 кВт 80-150 об/мин
27	Электродвигатель 3600 кВт 100-250 об/мин
28	Шестерная клеть
29	Пульт управления 7 (ПУ-7)
30	Чистовая универсальная клеть
31	Электродвигатель 4500 кВт 80-150 об/мин
32	Яма окалины №2
33	Пульт управления 8 (ПУ-8)
34	Скиповый подъёмник
35	Пила горячей резки
36	Клеймовочная машина
37	Маркировщик балок
38	Пульт управления 9 (ПУ-9)
39	Холодильник
40	Пульт управления 10 (ПУ-10)

2.2 Краткая технология прокатки и отделки двутавров

Заготовки с МНЛЗ кранами, оборудованными захватами или магнитами, укладываются на загрузочные стеллажи, с которых передаются на рольганги и транспортируются к трём нагревательным печам с шагающим подом.

Заготовки длиной от 3,6 до 5,6 м садятся в печи в два ряда, свыше 5,6 до 11,4 м - в один ряд. Остановленные рольгангом в требуемом, относительно окон печей положении, заготовки задаются в печи, нагреваются в соответствии с технологией нагрева, перемещаются вдоль печей шагающими балками и выдаются при помощи специального устройства на рольганги выдачи заготовок, которыми транспортируются к обжимной клети «1300».

Рис. 2.1 Технологический план цеха

Случайно выданные из печей недогретые заготовки или получившиеся по какой-либо причине в обжимной клети недокаты могут быть возвращены в пролёт адьюстажа для последующего их использования по назначению.

Заготовки, нагретые до 1250^оС в методических печах, выдаются по одной на рольганг обжимной клети «1300». Прокатка на обжимной клети производится согласно утвержденным схемам прокатки и режимам обжатий для каждого профиля за 5-15 пропусков, с температурой окончания прокатки не ниже 11500. Дальнейшая прокатка полосы производится за 8-12 пропусков в двух реверсивных универсально-балочных группах клетей и за один пропуск - в нереверсивной чистовой клети.

Калибровка валков должна обеспечивать максимальную производительность стана, равномерную загрузку двигателей стана, высокое качество поверхности прокатываемого металла и полученные профиля согласно требованиям стандартов и технических условий.

Для получения готового проката перед обжимной клетью, а также перед каждой универсально-балочной группой и перед чистовой клетью с полосы производится сбив окалины водой высокого давления. Минимальная температура конца прокатки рекомендуется в пределах 800-850⁰С.

Окончательно прокатанные в чистовой клети полосы подаются рольгангами на участок пил горячей резки, порезка полос которых производится на длины согласно заказам. Отрезаемые на стационарных пилах концы сбрасываются сталкивателями на передвижные тележки, которые поочерёдно передаются в скип наклонного подъёмника, и последним грузятся в железнодорожные вагоны.

Пробы для контроля профиля вырезаются на первой пиле, сталкиваются с рольганга и после ручной перекладки, транспортной тележкой, перемещающейся вдоль оси колонн станового пролета, доставляются к чистовой клети.

Температура раскатов при порезке зависит от толщины стенки двутавров.

После порезки на пилах весь прокатываемый металл клеймится с помощью клеймовочных машин, которые расположены перед холодильником. Клеймение производится накаткой клеймовочных знаков по шейке двутавровых профилей по всей раската. На каждой штанге выбиваются: товарный знак завода-изготовителя, марка стали и номер плавки, номер и тип профиля.

Для разделения плавок в потоке перед холодильником производится маркировка двутавров путём нанесения на боковую поверхность (полки) движущихся по рольгангу штанг, окрасочных полос. Маркируется первая штанга каждой плавки с переднего и заднего концов.

После резки на пилах, клеймения и маркировки штанги, рольгангами в соответствии с заданной программой раскладки подаются к соответствующим секциям холодильников. На холодильниках балки сначала раскантовываются в вертикальные положения, затем набираются загрузочным шлеппером с определённым интервалом в пакет и последовательными ходами главного подъёмного шлеппера с шагом, соответствующим величине пакета, проходят через зону охлаждения. Интервал расстановки балок, их количество в пакете и величина шага перемещения главного шлеппера задаются оператором в зависимости от типа размера охлаждаемых профилей. В конце зоны охлаждения балки, по мере их поступления, разгрузочным шлеппером непосредственно, либо через промежуточный рольганг, выдаются на концевые стеллажи крайних холодильников, где раскантовываются в горизонтальное положение.

Далее балки по двум потокам направляются на операцию правки в двух взаимноперпендикулярных плоскостях на роликоправильных машинах.

После правки, балки проходят инспекторский осмотр в потоке и в зависимости от результатов контроля, либо выдаются по стеллажам прямо на склад, либо поступают на участки балкоотделки, где проходят по необходимости доправку на горизонтальных прессах, вырезку дефектных мест, дополнительную разрезку на заказные мерные длины, зачистку и повторный контроль на инспекторских стеллажах.

Готовый прокат с концевых участков стеллажей на складе убирается магнитными кранами, складируется или грузится непосредственно в вагоны. Большие партии проката, требующие доправки, по возвратным стеллажам могут направляться на повторный пропуск через роликоправильные машины и линии инспекторского осмотра с последующей расстановкой аналогично потокам основного производства.

Рабочая обжимная клеть «1300» предназначена для прокатки фасонных заготовок в подкат для последующего передела в универсальных балочных клетях из заготовки, идущей с машины непрерывного литья заготовок (МНЛЗ или УНРС - установка непрерывной разливки стали).

2.3 Нажимное устройство

Нажимное устройство (рис. 2.2) представляет собой цилиндрический редуктор с вертикальным расположением осей шестерён, привод которого осуществляется от двух вертикальных электродвигателей.

Ступица венцовой шестерни имеет квадратное отверстие, в которое закладываются четыре бронзовых планки, охватывающие квадратный хвостик нажимного винта. Привод венцевых шестерён осуществляется непосредственно от электродвигателя. Моторная шестерня консольно крепится на конусном конце электродвигателя.

Для синхронизации вращения нажимных винтов, венцовые шестерни связаны между собой паразитными шестернями, одна из которых, при необходимости раздельного вращения нажимных винтов, выводится из зацепления с помощью гидроцилиндра, соединённого с осью шестерни.

Рис. 2.2 Устройство нажимного механизма

1 - шестерня переключения; 2 - паразитная шестерня; 3 - редуктор указателя раствора валков; 4 - двигатель; 5 - моторная шестерня; 6 - тихоходная венцовая шестерня; 7 - нажимной винт; 8 - нажимная гайка; 9 - узел подпятника

Нажимная гайка выполнена из бронзы Бр АЖМц 10-3-1,5. Напрессованным кольцом из кованной стали образуется водяная рубашка, по которой циркулирует вода, охлаждающая гайку. Гайка размещается в расточке верхней поперечины станины и фиксируется от поворота двумя шпонками. Тело нажимного винта закрыто от попадания окалины и пыли телескопическим кожухом, который одновременно является маслосборником. Нижний конец нажимного винта опирается на подпятник, собственно подпятник выполнен из бронзы, а опорные диски из стали.

Указатель раствора валков. Привод указателя раствора валков, включающий в себя распределительный редуктор автоматики, осуществляется через коническую передачу от шестерни, находящейся в зацеплении с венцовой шестерней нажимного устройства. Собственно коническая передача вмонтирована в промежуточный редуктор, соединённый с редуктором указателя раствора валков координатным соединением. Привод обеспечивает вращение большой и малой стрелок указателя, при этом большая стрелка фиксирует на циферблате ход нажимных винтов от 0 до 100 мм, малая стрелка - от 0 до 1200 мм.

Для перевода стрелок с пульта при перевалке валков или износе текстолитовых подшипников в редуктор встроен дифференциал, имеющий привод через червячную передачу от отдельного двигателя, образующий независимую от нажимного устройства кинематическую цепь.

Уравновешивание верхнего валка гидравлическое. Особенностью механизма уравновешивания верхнего валка является наличие только одного гидроцилиндра плунжерного типа, который установлен в расточке оси центральной (паразитной) шестерни нажимного устройства. Конструкция компактна и не затрудняет обслуживание механизмов клети. Плунжер гидроцилиндра шарнирно соединён с траверсой, а последняя с балками при помощи двух тяг. Тяги механизма пропущены через отверстия в корпусе нажимного устройства, а длина тяг при необходимости может регулироваться.

Особенностью рабочей клети «1300» по сравнению с клетями блюмингов является необходимость установки проводковой арматуры для надёжного захода и выхода из калибров полосы при её прокате. Кроме двухпроводковых брусьев, закреплённых на станинах, в пазах корпусов подушек нижнего вала установлены ещё два бруса, на которые монтируется проводковая арматура, при этом последняя не выходит за габариты окна станины. Проводковая арматура может быть без затруднения заменена при смене валков.

Данная конструкция вызвала увеличение ширины окна станин до 2100мм и повлияла на конструкцию подушек рабочих валков, которые выполнены составными, состоящими из корпуса подушек и собственно подушки.

Подушки валков. Корпуса подушек нижнего валка связаны между собой траверсой и снизу имеют по две бронзовые планки, необходимые для передвижения комплекта валков с подушками по направляющим станин, и рамы устройства для перевалки валков. Осевая регулировка верхнего валка производится за счёт перемещения корпусов подушек относительно станин клети с помощью прижимных планок, закреплённых на станине и оборудованных гидроцилиндра прижима и сдвижки. Осевая регулировка нижнего валка осуществляется иначе: корпусы подушек при этом зафиксированы упорами относительно станин, а с помощью других упоров, закреплённых на корпусах подушек нижнего валка относительно соответствующих корпусов. В корпусах верхних подушек выполнены расточки, в которых устанавливаются узлы подпятников нажимных винтов.

Кроме этого сквозь корпусы верхних подушек пропущены тяги, которые соединяются шарнирно с балками механизма уравновешивания верхнего вала. Снизу в тягах выполнены по два паза, в которые вставляется чека: в нижний паз - для захвата бугелей при рабочем перемещении верхнего валка; в верхний паз -для подъёма корпусов верхних подушек перед перевалкой валков, так как при перевалке эти корпуса остаются в клети.

Особенности эксплуатации:

При работе стана должны устанавливаться сетчатые щиты со стороны перевалочного устройства. При настройке нижнего валка по высоте пользоваться подкладками, количество которых не должно превышать трёх.

Периодически производить чистку отверстий для подвода воды в клиньях подушек, вывернув для этого пробки.

Периодически контролировать состояние трущихся поверхностей нажимных винтов, при появлении сетки разгара или налипании бронзы необходимо произвести смену винтовой пары и прошлифовать поверхности деталей до выведения дефектов.

Поскольку нажимной винт не связан с подушкой верхнего валка и не имеет жестокого упора в крайнем нижнем положении, во избежание поломок венцовой шестерни нажимного устройства, на нажимной винт установлено предохранительное устройство, которое в аварийных случаях обеспечивает упор нажимного винта в гайку. Для освобождения винта от заклинивания предохранительное кольцо разрезается огнём, для чего предварительно раскрепляется верхнее звено телескопического кожуха. Категорически запрещается включение и выключение шестерни переключения нажимного устройства при работе двигателей нажимного устройства.

2.4 Техническая характеристика нажимного устройства

Техническая характеристика, согласно [13], представлена в табл. 2.2.

Таблица 2.2

Техническая характеристика нажимного устройства

1. Диаметр и шаг нажимного винта, мм	560x48
2. Угол подъема винтовой линии резьбы нажимного винта	1040?
3. Максимальное давление прокатки на один винт, т	750
4. Передаточное отношение от двигателя к нажимному винту	3,08
5. Коэффициент полезного действия редуктора	0,97
6. Максимальная поступательная скорость перемещения нажимных винтов, мм/с	180
7. Точность установки нажимных винтов двигателями, мм	±0,5
8. Рабочий ход нажимных винтов, мм	1200
9. Максимальный ход нажимных винтов, мм	1495
10. Максимальная окружная скорость зацепления, м/с	18,5
11. Маховый момент движущихся частей приведенных к оси каждого нажимного винта, кг•м2	4780
12. Усилие переуравновешивания верхнего валка на один нажимной винт, т	15ч5
13. Усилие при подъеме шестерни переключения цепи вращения винтов, т	19,7
14. Усилие при опускании шестерни переключения цепи вращения винтов, т	38
15. Рабочее давление в гидроцилиндре шестерни переключения, кг/см2	160
16. Диаметр гидроцилиндра, мм	180
17. Характеристика зубчатых зацеплений	mn = 12, z1 = 41 z2 = 126, z3 = 45 z4 = 85, в = 8006/34//
18. Смазка зубчатых зацеплений и подшипников качения	жидкая циркуляционная
19. Смазка гаек нажимных винтов, хвостовиков винтов, подпятника	от отдельной станции
20. Диаметр подпятника нажимного винта, мм	600
21. Зона допустимого износа подпятника, мм	60
22. Цена деления указателя износа витков гайки, мм	1
23. Коэффициент трения в резьбе нажимного винта	0,07
24. Диаметр гидроцилиндра, м	0,36
25. Диаметр штока, м	0,17
26. Момент инерции моторной шестерни, кг· м2	0,53

2.5 Исходные данные для проектирования

Технологическая карта прокатки для профиля 25Б представлена в табл. 2.3, перемещение нажимного винта - табл. 2.4.

Таблица 2.3

Технологическая карта прокатки. Профиль 25Б

№	показание стрелки	№ калибра	сечение	?h
			240Ч320
1	135	О1	315	5
2	70	I	120	120
			<
3	30	II	60	60
			1800
4	8	III	30	30
5	6	IV	28Ч333	2

Таблица 2.4

Перемещение нажимного устройства

пропуск	1	2	3	4	5
профиль 25Б	5v	195v	60v	30v	2v	292^
допустимое время, с	1	3,5	2	4	2	4,5

Вес верхнего валка с подушками - 80,5 т, вес движущихся частей нажимного винта - 8 т.

2.6 Кинематическая схема механизма

Рис. 2.3 Кинематическая схема механизма

1 - двигатель; 2 - выдвижная шестерня с приводом подъема; 3 - силовой редуктор; 4 - нажимной винт; 5 - гайка; 6 - уравновешивающее устройство; 7 - рабочий валок

2.7 Требования к электроприводу

Требования к электроприводу предъявляются, исходя из технологического процесса, а также условий работы привода. К ним относятся:

1. Возможность ручного и полуавтоматического управления.

2. Высокая точность позиционирования.

3. Реверсирование электропривода.

4. Обеспечение работы в двигательном и тормозном режиме.

5. Ограничение ускорения.

6. Частота ускорений до 720 в час.

3. КОНСТРУКТОРСКАЯ ЧАСТЬ

3.1 Выбор двигателя

В настоящий момент на механизме установлен двигатель МПС-640-700, мощностью 640 кВт и скоростью 700 об/мин, с вертикальным расположением вала. Выбираем асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором с аналогичными параметрами. Предварительный расчет мощности производиться не будет, так как при проектировании данной установки был заложен запас по мощности, который является необходимым для таких ответственных механизмов.

Данные двигателя представлены в табл. 3.1.

Таблица 3.1

Технические данные двигателя

Тип	Р, кВт	Uн, В	Iн, А	nн, об\мин	cosц	з	Iп/Iн	Мп/Мн	Ммах/Мн	Jротора, кг*м2
ВАН-14-39-8	630	6000	77	738	0,85	92,6	5	0,84	2	175

3.2 Расчет момента сопротивления

Перемещение верхнего валка осуществляется только во время пауз между пропусками, в это время на нажимное устройство действует только усилие со стороны механизма уравновешивания верхнего валка, действующее по поверхности пяты нажимного винта.

Все данные для расчета содержатся в разделе 2.4 и 2.5 и табл.3.1.

Статический момент:

где = 0,1 - коэффициент трения в пяте нажимного винта;

d_n - диаметр пяты нажимного винта, м;

d_cp - средний диаметр резьбы нажимного винта, м;

с - угол трения в резьбе нажимного винта, град.;

- угол подъема линии резьбы, град.;

- при движении вниз (+), вверх(-);

i = 3,08 - передаточное число редуктора;

з= 0,97 - коэффициент полезного действия редуктора;

P_Y - усилие со стороны устройства уравновешивания, кг;

G_вв - вес верхнего валка с подушками, кг;

G_нв - вес движущихся частей нажимного винта, кг

Средний диаметр резьбы нажимного винта:

d_cp = d - 0,75·s,

где d - наружный диаметр резьбы, м;

s - шаг резьбы нажимного винта, м

d_cp = 0,56 - 0,75·0,048 = 0,524 м

Угол трения в резьбе нажимного винта:

где - коэффициент трения в резьбе нажимного винта

Усилие со стороны устройства уравновешивания:

P_Y = (p ·р· (d_ц²- d_ш²) /4,

где р - давление масла в гидроцилиндре, кг/см²;

d_ц - диаметр гидроцилиндра, м;

d_ш - диаметр штока, м

P_Y = (1,6•10⁶ ·р· (0,36²- 0,17²) /4 = 126500 кг

Получаем:

Среднее значение cтатического момента:

,

Суммарный момент инерции, приведенный к валу двигателя:

,

где - отношение угловых скоростей двигателя и механизма;

J_м - момент инерции механизма, кг·м²;

J₁ - момент инерции моторной шестерни, кг·м²;

J_дв - момент инерции двигателя, кг•м²

Момент инерции механизма:

,

где - маховый момент механизма, кг·м²

Определяем максимальное линейное ускорение перемещения верхнего валка при пуске и торможении, а также критическое перемещение (максимальное при работе двигателя в режиме "Пуск-торможение"). Данные расчета в табл.3.2

Момент при пуске, торможении:

М_п = М_т = л_м• М_ном,

где л_м - перегрузочная способность двигателя по моменту

Таблица 3.2

Определение ускорений и критического пути

Расчетная формула	Перемещение
	вниз	вверх
максимальное линейное ускорение нажимных винтов, мм/с2	aп= s• (Mп-Mc)/(2•р•i•J?)	52,98	61,57
максимальное линейное замедление нажимных винтов, мм/с2	aт= s• (Mт+Mc)/(2•р•i•J?)	116,75	108,16
критическое перемещение нажимных винтов, мм		386,95

Из расчетных ускорений выбираем среднее по величине и принимаем его в качестве заданного при построении тахограммы:

Расчет времени работы электродвигателя:

Время работы для участков с треугольной тахограммой :

,

где s_i- величина перемещения, мм; табл.2.4

Время работы для участков с трапецеидальной тахограммой (s_i >s_кр):

t_i = t_n+t_m+t_y,

где t_n- время работы при пуске, с;

t_m- время работы при торможении, с;

t_y - время работы с установившейся скоростью, с

t_n+t_m = ,

Так как S₆ < S_кр, то тахограмма при возврате будет треугольной

Расчет тахограммы сводим в табл.3.3.

Таблица 3.3

Данные расчета тахограммы

№ пропуска	Перемещение, Si, мм	Время, ti, c	Скорость
		вниз	вверх	vi, мм/с	щi, рад/с
1	5	0,489		20,46	8,25
2	195	3,052		127,78	51,52
3	60	1,693		70,88	28,58
4	30	1,197		50,12	20,21
5	2	0,309		12,94	5,22
6(возврат)	292		3,735	156,37	63,04
? ti, с		6,744	3,735
		10,479

3.3 Предварительная оценка работоспособности электропривода по перегрузке и нагреву

Эквивалентный момент в повторно-кратковременном режиме:

,

где М_п - момент при пуске;

М_т - момент при торможении;

М_у - момент при движении с установившейся скоростью, Н•м

Определим моменты пуска и торможения при заданном ускорении

,

М_э.S3 = 3805 Н•м

Проверим работоспособность двигателя режима S1, работающего в режиме S3.

,

где М_э - эквивалентный момент для режима S1,

Н•м; г - коэффициент постоянных потерь двигателя;

t_р - время работы двигателя в режиме S3, с;

t₀ - время в течение которого двигатель не работает, с

Коэффициент постоянных потерь определяется:

,

где - коэффициент полезного действия двигателя номинальный;

з_м - максимальный коэффициент полезного действия двигателя (примем з_м =+0,04);

- для двигателей с самовентиляцией приближенно принимается ; примем а =0,3

t_р = ? t_i

t₀ = t_ц - ? t_i,

где t_ц - время цикла, с (по технологической карте - 50 сек)

t₀ =50 - 10,479 = 39,521 с

Эквивалентный момент составляет 0,13М_н, что исключает перегрев двигателя.

Относительная продолжительность работы привода:

,

3.4 Выбор преобразователя

На ОАО НТМК в последнее время широко внедряются преобразователи фирмы «Сименс». Поэтому для данного привода будет выбран преобразователь этой фирмы. Исходя из требований, предъявляемых к приводу нажимных винтов, выбираем преобразователь частоты с векторным управлением.

Преобразователь SIMOVERT MV: 6 SE 80 10-1 D А 0 1-L02

Расшифровка:

· 6 SE 80 - конструктивный ряд

· 10 - Мощность в 100 кВА

· 1 - тип охлаждения - воздушное

· D - номинальное напряжение подключения - 6 кВ

· А - преобразователь с 12-пульсным диодным входом

· 0 - функциональный уровень

· 1 - SIMOVERT MV c м...