Читайте также:
|
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 | 1.1 Продолжительность, с | Мощность предварительно, кВт | 1.2 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 | |||||||||||||
| Опускание фурмы из крайнего верхнего положения до расстояния 4,2 м от зеркала ванны | 0,54 | 49,94 | 1,58 | 52,06 | 2634,2 | -780 | -1150 | -1930 | ||||||||
| Опускание фурмы от 4,2 м до 3,8 м от зеркала ванны | 0,08 | 7,84 | 0,24 | 8,16 | 5,5 | -780 | -1150 | -1930 | ||||||||
| Опускание фурмы от 3,8 м до 3,0 м от зеркала ванны | 0,08 | 15,84 | 0,24 | 16,16 | 5,5 | -780 | -1150 | -1930 | ||||||||
| Опускание фурмы от 3,0 м до 2,3 м от зеркала ванны | 0,08 | 13,84 | 0,24 | 14,16 | 5,5 | -780 | -1150 | -1930 | ||||||||
| Опускание фурмы от 2,3 м до 1,9 м от зеркала ванны | 0,08 | 7,84 | 0,24 | 8,16 | 5,5 | -780 | -1150 | -1930 | ||||||||
| Опускание фурмы от 1,9 м до 1,8 м от зеркала ванны | 0,08 | 1,84 | 0,24 | 2,16 | 5,5 | -780 | -1150 | -1930 | ||||||||
| Подъем фурмы в крайнее верхнее положение | 1,58 | 56,94 | 0,54 | 59,06 | -3340 | -1930 | ||||||||||
| Опускание фурмы из крайнего нижнего положения до расстояния 1,8 м от зеркала ванны | 0,54 | 56,94 | 1,58 | 59,06 | -780 | -1150 | -1930 | |||||||||
| Опускание фурмы от 1,8 м до 1,5 м от зеркала ванны | 0,08 | 5,84 | 0,24 | 6,16 | 5,5 | -780 | -1150 | -1930 | ||||||||
| Подъем фурмы в крайнее верхнее положение | 1,58 | 57,94 | 0,54 | 60,06 | -3340 | -1930 | ||||||||||
| Аварийный подъем фурмы | - | 3,96 | 19,37 | 1,31 | 24,64 | -3340 | -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 тока 
с параллельным возбуждением и стабилизирующей обмоткой, тихоходный, напряжением 
, номинальный режим S7, мощность 
, с номинальной частотой вращения
|
|
, 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 барабана 
и требуемое передаточное число редуктора 
. По расчетному передаточному числу с учетом передаваемой мощности, режима работы, частоты вращения быстроходного вала выбираем редуктор 
с 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 момента 
выбираем тормоз ТКП600 с номинальным тормозным моментом 
и 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).
Пример 2
Рассчитать электропривод механизма штабелирующего стола слябинга 1150. Кинематическая схема стола приведена на рис. 5.5. Стол массой 
т уравновешен контргрузами массой 
2x30 т, приводится от электродвигателя через цилиндрическо-червячный редуктор и реечную передачу.
По технологическим требованиям цикл работы стола включает следующие операции. В исходном положении (стол занимает крайнее верхнее положение на уровне рольганга) первый сляб сталкивается с рольганга сталкивателем на стол, после чего стол опускается на толщину сляба плюс 10 мм и принимает следующий сляб. После набора стопы из 4-х слябов стол поднимается в исходное положение, тележка заезжает своими рогами в пазы стола, стол опускается, и слябы остаются на тележке. После перемещения тележки стол поднимается в исходное положение.
Расчет ведем для случая приема слябов массой 10 т, толщиной 200 мм.
Таким образом, во время цикла работы (
и определяется временем прокатки 4-х слябов) стол занимает следующие положения, 
м:
0 -0,21 -0,41 -0,61 0 -0,4 0
Здесь принята традиционная система координат для вращающихся элементов (реечной шестерни). При расположении рейки "справа" от реечной шестерни для поступательно движущихся элементов стола положительным будет направление вверх.
Нагрузка (масса слябов на столе, 
кг) при перемещении стола в операциях цикла соответственно равна:
10000 20000 30000 40000 0 0
Скорость установившегося движения стола при подъеме и опускании постоянна во всех операциях (
).
Предварительно принимаем коэффициент полезного действия привода
С учетом принятой системы координат статическая нагрузка (усилие) на рейке 
,
где 
- ускорение свободного падения.
Полное перемещение стола за цикл работы составляет 2.02м.
При скорости перемещения 0.06м/с время работы привода за цикл работы (без учета разгона-торможения)
2.02/0.06=33.67 с.
Приближенное значение относительной продолжительности включения
33.67/115 × 100%=29.3%
Принимаем повторно-кратковременный режим работы привода.
|
|
Рисунок 5.5 — Кинематическая схема штабелирующего стола
Ниже приведен исходный текст Pascal-программы PFU_P.pas и результаты предварительного расчета привода штабелирующего стола.
Program PFU_P;
{ МОЗЧМ, Фищенко, 11-07-2003 г
Программа "PFU"
Предварительный расчет привода металлургических машин
Штабелирующий стол }
Uses PRIVOD;
Procedure LOAD;{Определение нагрузок на столе }
{ Привод штабелирующего стола}
Const Ms=64200; Mk=60000;
Begin
For j:=1 To n Do If k2=1 Then Y[i,j]:=Y[1,j];
Mb:=-9.81*(Ms+Y[i,j]-Mk)*w0[i]; {Статическая мощность}
{ Мощность с учетом КПД }
If fi*Mb<0 Then Mc:=Mb/kpd1 Else Mc:=Mb*kpd1;
End;
BEGIN
{InpPrivod;
SubInpPrivod; }
k:=6; k1:=1; k2:=6; n:=1; S:=3;
f[0]:=0; f[1]:=-0.21; f[2]:=-0.41; f[3]:=-0.61;
f[4]:=0; f[5]:=-0.4; f[6]:=0;
w0[1]:=0.06; dt:=0.1;
Y[1,1]:=10000; Y[2,1]:=20000; Y[3,1]:=30000;
Y[4,1]:=40000; Y[5,1]:=0; Y[6,1]:=0;
kpd1:=0.6; tz:=115;
Assign(ff,'con'); { 'con' - консоль, вывод результата на экран;
для вывода результатов в файл вместо 'con' необходимо
ввести полное имя файла вывода (например 'A:\Iv.dat')}
Rewrite(ff);
Assign(fdat,'Ivanov.dat'); { 'Ivanov.dat'-полное имя файла вывода
результатов расчета в каждой операции (для построения графика) }
Rewrite(fdat);
OutPrivod;
For i:=1 To k Do
Begin
fi:=f[i]-f[i-1]; fm:=f[i]-f[i-1];
If k1=1 Then w0[i]:=w0[1];
ty:=Abs(fi/w0[i]); tp:=0; tt:=0;{Cycle}
WriteLn(fdat);
WriteLn(fdat,' Операция ',i);
WriteLn(fdat,' t(c) fi w e Mс');
WriteLn(ff,'║',i:6, ' │',fm:8:3,' │',' ',
' │',ty:8:3,' │',' ',' ║');
t:=dt/2;
While t<=tp+ty+tt Do
Begin
OPERATION;
LOAD;
WriteLn(fdat,t:5:2,f1:8:3,w1:9:3,e1:10:3,Mc:10:1);
It:=Mc;
If Abs(It)>Abs(Imax) Then Imax:=Abs(It);
z:=z+Sqr(It)*dt;
t:=t+dt;
End;
tsr:=tsr+t;
tsa:=tsa+a*(tp+tt)+ty;
End;
WriteLn(ff,fs);
Close(fdat);
If tz=0 Then tz:=tpa+tsr Else tpa:=tz-tsr;
MODE;
pv:=100*tsr/tz;
zz:=3600*k/tz;
WriteLn(ff);
WriteLn(ff,'Эквивалентная мощность -',Ie/1000:7:1,' кВт');
WriteLn(ff,'Максимальная мощность -',Imax/1000:7:1,' кВт');
WriteLn(ff,'Относительная продолжи-');
WriteLn(ff,'тельность включения -',pv:8:2,' %');
WriteLn(ff,'Число включений в час -',zz:6:0);
Close(ff);
END.
РЕЗУЛЬТАТЫ РАСЧЕТА
| Операция | Перемещ. (м) | Время (с) | ||
| разгона | установ | тормож | ||
| - 0.210 | 3.500 | |||
| -0.200 | 3.333 | |||
| -0.200 | 3.333 | |||
| 0.610 | 10.167 | |||
| -0.400 | 6.667 | |||
| 0.400 | 6.667 |
Эквивалентная мощность - 24.4 кВт
Максимальная мощность - 43.4 кВт
Относительная продолжи-
тельность включения - 29.57 %
Число включений в час - 188
Принимаем предварительно электродвигатель МТ-52-8 мощностью 30 кВт при ПВ=40%, с частотой вращения 725мин-1(75.9рад/с), моментом инерции якоря 1.42 кг×м2, кратностью максимального пускового момента – 3.
Выполним расчет на изгиб зубьев реечной передачи (расчет не приводится), в результате которого получим параметры реечной шестерни передачи
.
Требуемая (для обеспечения заданной скорости стола) частота вращения реечной шестерни:
Общее передаточное число цилиндрическо-червячного редуктора
Принимаем передаточное число цилиндрической передачи редуктора (расчеты на прочность не приводятся)
Червячная передача
Действительное передаточное число редуктора
Действительная скорость перемещения стола
Процент отклонения действительной скорости от заданной
,
что вполне допустимо.
Определим данные для окончательного расчета электропривода.
Среднепусковой момент электродвигателя
 ,
|
где 
- кратность максимального пускового момента двигателя;
- кратность пускового момента при переключении аппаратуры;
 ;
|
Принимаем тормозной момент равным среднепусковому:
 ;
|
Приведенный к валу электродвигателя момент инерции движущихся частей:
 ,
|
где 
соответственно момент инерции якоря двигателя, муфты и тормозного шкива;
- коэффициент, учитывающий вращающиеся массы редуктора.
 ;
|
То есть
 ,
|
- масса стола;
- масса 2-х контргрузов;
- масса слябов на столе (см. нагрузку на столе).
Второе слагаемое формулы – приведенный к валу двигателя момент инерции поступательно движущихся элементов стола – вычисляется в программе расчета.
- радиус делительной окружности реечной шестерни;
Коэффициент полезного действия привода.
Цилиндрическая передача 
.
В червячной передаче КПД зависит от направления силового потока. При приводном червяке
 ,
|
где 
- угол подъема винтовой линии червяка.
 ;
|
- приведенный угол трения. Зависит от скорости скольжения червяка.
 ;
|
При такой скорости 
[10] (с учетом потерь в опорах и на перемешивание смазки). Тогда
При генераторном режиме работы
 .
|
Общий КПД привода
(двигательный режим);
(генераторный режим).
С учетом принятой системы координат статический момент на реечной шестерни
|
Приведенный к валу двигателя статический вращающий момент для двигательного режима работы (при 
)
|
При генераторном режиме работы
|
Суммарный момент на валу электродвигателя
|
Примечание: Следует обратить внимание на то, что приведенная выше формула определения суммарного момента имеет (с точки зрения учебной литературы по расчету металлургических машин) необычный вид. На самом деле данная формула абсолютно верна по знакам и представляет собой уравнение моментов (внешних и инерционных), а в учебной литературе обычно приводятся частные случаи этой формулы с предопределенными знаками моментов для конкретных случаев.
Ниже приведен исходный текст Pascal-программы окончательного расчета электропривода штабелирующего стола.
Program PFU;
{ МОЗЧМ, Фищенко, 11-12-2003 г
Программа "PFU"
Расчет привода металлургических машин
Штабелирующий стол }
Uses PRIVOD;
Var r:Real; {Радиус реечной шестерни}
Procedure PEREVOD;{ В подпрограмме задаются коэффициенты приведения
перемещений PRF, скоростей PRW и ускорений PRE к одному
(выбранному) элементу механизма. При заданном среднепусковом
и тормозном моменте выбранным элементом должен быть вал
электродвигателя!!! }
Begin
PRF:=ur/r;{Коэфф.приведения перемещений к валу ЭД}
PRW:=1; {Скорость задана на валу ЭД}
PRE:=1;{Ускорение разгона-торможения вычисляется в программе}
End;
Procedure LOAD;{Определение нагрузок на валу двигателя }
{ Привод штабелирующего стола}
Const Ms=64200; Mk=60000;
Begin
For j:=1 To n Do If k2=1 Then Y[i,j]:=Y[1,j];
Mb:=-9.81*(Ms+Y[i,j]-Mk)*r; {Статический момент на реечной шестерне}
{ Приведение момента Mb к валу двигателя }
If fi*Mb<0 Then Mc:=Mb/ur/kpd1 Else Mc:=Mb*kpd2/ur;
{ Момент инерции, приведенный к валу двигателя }
Ii:=Id+(Ms+Mk+Y[i,j])*Sqr(r/ur);
Md:=Ii*e1-Mc; { Суммарный момент на валу двигателя}
End;
Procedure CYCLE;
{Подпрограмма "CYCLE"
Универсальная подпрограмма (не требует изменения).
Не включена в состав модуля, т.к. вызывает внешнюю подпрограмму "LOAD".
Определение времени разгона, торможения и
установившегося движения в данной операции}
Var Mp,Mt:Real;
Begin
If k1=1 Then wo[i]:=wo[1];
If fi>0 Then
Begin
w:=wo[i];
Mp:=Mp0;
Mt:=-Mt0;
ep:=epo;
et:=-eto
End
Else
Begin
w:=-wo[i];
Mp:=-Mp0;
Mt:=Mt0;
ep:=-epo;
et:=eto
End;
Case k3 of
1: Begin
LOAD;
ep:=(Mp+Mc)/Ii; et:=(Mt+Mc)/Ii;
tp:=w/ep; tt:=-w/et;
End;
2: Begin
tp:=w/ep; tt:=-w/et;
End;
3: Begin
ep:=w/tp; et:=-w/tt;
End;
End;
ty:=fi/w-(tp+tt)/2;
If ty<0 Then TREE;
End;
BEGIN
{InpPrivod;
SubInpPrivod; }
k:=6; k1:=1; k2:=6; n:=1; k3:=1; S:=3;
f[0]:=0; f[1]:=-0.21; f[2]:=-0.41; f[3]:=-0.61;
f[4]:=0; f[5]:=-0.4; f[6]:=0;
w0[1]:=75.9; a:=0.75; b:=0.5; dt:=0.1;
Y[1,1]:=10000; Y[2,1]:=20000; Y[3,1]:=30000;
Y[4,1]:=40000; Y[5,1]:=0; Y[6,1]:=0;
Mp0:=810; Mt0:=810; Id:=2.62; ur:=280;
kpd1:=0.58; kpd2:=0.37; tz:=115; r:=0.22;
CheckInp;
Assign(ff,'con'); { 'con' - консоль, вывод результата на экран;
для вывода результатов в файл вместо 'con' необходимо
ввести полное имя файла вывода (например 'A:\Iv.dat')}
Rewrite(ff);
Assign(fdat,'Ivanov.dat'); { 'Ivanov.dat'-полное имя файла вывода
результатов расчета в каждой операции (для построения графика) }
Rewrite(fdat);
OutPrivod;
PEREVOD;
For i:=0 To k Do
Begin
fo[i]:=f[i]*prf;
wo[i]:=w0[i]*prw;
End;
epo:=ep0*pre; eto:=et0*pre;
For i:=1 To k Do
Begin
fi:=fo[i]-fo[i-1];
fm:=f[i]-f[i-1];
CYCLE;
WriteLn(fdat);
WriteLn(fdat,' Операция ',i);
WriteLn(fdat,' t(c) fi w e Md');
WriteLn(ff,'¦',i:6, ' ¦',fm:8:3,' ¦',tp:7:3,
' ¦',ty:8:3,' ¦',tt:6:3,' ¦');
t:=dt/2;
While t<=tp+ty+tt Do
Begin
OPERATION;
LOAD;
WriteLn(fdat,t:5:2,f1/prf:8:3,w1/prw:9:3,e1/pre:10:3,Md:10:1);
It:=HR(Md);
If Abs(It)>Abs(Imax) Then Imax:=Abs(It);
z:=z+Sqr(It)*dt;
t:=t+dt;
End;
tsr:=tsr+t;
tsa:=tsa+a*(tp+tt)+ty;
End;
WriteLn(ff,fs);
Close(fdat);
If tz=0 Then tz:=tpa+tsr Else tpa:=tz-tsr;
MODE;
pv:=100*tsr/tz;
zz:=3600*k/tz;
WriteLn(ff);
If (is='Y') OR (as='y') Then
Begin
WriteLn(ff,'Эквивалентный ток -',Ie:9:1,' a');
WriteLn(ff,'Максимальный ток -',Imax:9:1,' a');
End Else
Begin
WriteLn(ff,'Эквивалентный момент -',Ie:9:1,' Н*м');
WriteLn(ff,'Максимальный момент -',Imax:9:1,' Н*м');
End;
WriteLn(ff,'Относительная продол-');
WriteLn(ff,'жительность включения -',pv:8:2,' %');
WriteLn(ff,'Число включений в час -',zz:6:0);
Close(ff);
END.
РЕЗУЛЬТАТЫ РАСЧЕТА
| Операция | Перемещ. (м) | Время (с) | ||
| разгона | установ | тормож | ||
| - 0.210 | 0.241 | 3.267 | 0.267 | |
| -0.200 | 0.234 | 3.098 | 0.277 | |
| -0.200 | 0.227 | 3.096 | 0.289 | |
| 0.610 | 0.928 | 9.691 | 0.148 | |
| -0.400 | 0.249 | 6.455 | 0.256 | |
| 0.400 | 0.271 | 6.453 | 0.236 |
Эквивалентный момент - 410.0 Н*м
Максимальный момент - 810.0 Н*м
Относительная продол-
жительность включения - 31.39 %
Число включений в час - 188
Кроме приведенных выше результатов программа выдает данные основных параметров работы привода (файл Ivanov.dat в текущем каталоге для приведенного выше примера). Ниже приводится фрагмент этого файла данных (лишь для 1-ой операции цикла).
Операция 1
t(c) fi w e Md
0.05 -0.000 -15.733 -314.667 -810.0
0.15 -0.003 -47.200 -314.667 -810.0
0.25 -0.008 -75.900 0.000 40.5
0.35 -0.014 -75.900 0.000 40.5
0.45 -0.020 -75.900 0.000 40.5
0.55 -0.026 -75.900 0.000 40.5
0.65 -0.032 -75.900 0.000 40.5
0.75 -0.038 -75.900 0.000 40.5
0.85 -0.043 -75.900 0.000 40.5
0.95 -0.049 -75.900 0.000 40.5
1.05 -0.055 -75.900 0.000 40.5
1.15 -0.061 -75.900 0.000 40.5
1.25 -0.067 -75.900 0.000 40.5
1.35 -0.073 -75.900 0.000 40.5
1.45 -0.079 -75.900 0.000 40.5
1.55 -0.085 -75.900 0.000 40.5
1.65 -0.091 -75.900 0.000 40.5
1.75 -0.097 -75.900 0.000 40.5
1.85 -0.103 -75.900 0.000 40.5
1.95 -0.109 -75.900 0.000 40.5
2.05 -0.115 -75.900 0.000 40.5
2.15 -0.121 -75.900 0.000 40.5
2.25 -0.127 -75.900 0.000 40.5
2.35 -0.133 -75.900 0.000 40.5
2.45 -0.139 -75.900 0.000 40.5
2.55 -0.145 -75.900 0.000 40.5
2.65 -0.151 -75.900 0.000 40.5
2.75 -0.157 -75.900 0.000 40.5
2.85 -0.163 -75.900 0.000 40.5
2.95 -0.169 -75.900 0.000 40.5
3.05 -0.175 -75.900 0.000 40.5
3.15 -0.181 -75.900 0.000 40.5
3.25 -0.187 -75.900 0.000 40.5
3.35 -0.193 -75.900 0.000 40.5
3.45 -0.199 -75.900 0.000 40.5
3.55 -0.204 -64.138 284.701 810.0
3.65 -0.208 -35.668 284.701 810.0
3.75 -0.210 -7.198 284.701 810.0
В данной таблице последовательно приведены:
· Время от начала данной операции, с;
· Положение выбранного элемента (в данном примере стола, м);
· Скорость (в данном случае двигателя, рад/с);
· Ускорение (в данном случае ротора двигателя, рад/с2;
· Суммарный момент на валу электродвигателя, Н×м.
Приведем эквивалентный момент к стандартному значению ПВ:
;
.
Следовательно, по условиям нагрева выбранный двигатель подходит.
Время разгона привода в различных операциях цикла составляет от 0,227 до 0,929 с, что вполне обеспечивает требуемую производительность машины.
На сервере ПГТУ имеются программы расчета для данного примера в среде MathCAD (файлы Stol_p.mcd, Privod_St.mcd).
Пример 3
Рассчитать электропривод опрокидывания люльки слитковоза слябинга 1150 при кантовании слитков массой 24 т (рис. 5.6). Кривошип механизма занимает положения (рад): 0,28, 3,34, 0,28, соответствующие мертвым точкам приводного кривошипа шарнирного четырехзвенника, т.е. вращается в пределах угла от 0,28 до 3,34 рад со слитком, а затем без слитка вращением кривошипа в обратную сторону люлька возвращается в исходное положение.
Рисунок 5.6 — Кинематическая схема опрокидывания люльки слитковоза
Угловая скорость установившегося движения приводного кривошипа по абсолютной величине 0,746 рад/с.
Время цикла прокатки слитка массой 24т – 40с.
Составляющие нагрузки в операциях (в скобках люлька без слитка):
Вес люльки 
Длина радиус-вектора от оси вращения люльки до ее центра масс (O1C)
.
Угол, определяющий положение радиус-вектора
.
Момент инерции люльки относительно оси вращения
.
Данные шарнирного четырехзвенника (см. "Исследование шарнирных механизмов металлургических машин" [11]):
(первый вариант сборки).
Рисунок 5.7 — Расчетная схема четырехзвенного механизма
Предварительно принимаем привод с глобоидным червячным редуктором.
КПД механизма 
(двигательный режим);
(генераторный режим).
Вращающий момент на люльке
(Знак "минус" перед выражением позволяет получить момент с учетом знака – положительный момент имеет направление против часовой стрелки).
Для определения вращающего момента на валу приводного кривошипа 
воспользуемся уравнением динамики в форме мгновенных мощностей, которое для данного механизма имеет следующий вид:
.
Искомый момент
.
Неизвестные в данном выражении значения угловой скорости и ускорения люльки определяются при помощи подпрограммы FOURZ (см. [11]).
Ниже приведена программа предварительного расчета привода опрокидывания люльки слитковоза в системе Mathcad (файл Privod_p.mcd).
По результатам расчета принимаем электродвигатель ДП-72 параллельного возбуждения номинальной мощностью 67 кВт, частотой вращения 570 мин-1 (59,69 рад/с) при ПВ=25%. Момент инерции якоря двигателя 8,25 кг×м2. Максимально допустимый момент 3708 Н×м.
Требуемое передаточное число редуктора:
.
Принимаем глобоидный червячный редуктор с передаточным числом 
.
Коэффициент полезного действия привода в двигательном и генераторном режимах работы соответственно составит (расчет редуктора не приводится)
.
Суммарный момент инерции моторной муфты и тормозного шкива:
.
Приведенный к валу приводного кривошипа момент инерции вращающихся деталей:
.
Принимаем время разгона и время торможения привода равным 0,3 с.
Ниже приведена Mathcad-программа окончательного расчета привода.
В результате выполнения программы (файл Privod.mcd) получаем
.
Приведем эквивалентный момент к стандартному значению ПВ:
,
.
Следовательно, по условиям нагрева выбранный двигатель подходит.
,
т.е. данный электродвигатель обеспечивает заданные условия пуска.
На сервере ПГТУ имеются программы расчета для данного примера в среде Pascal (файлы pfs.pas, pfsu.pas).
ЛИТЕРАТУРА
1. Справочник по автоматизированному электроприводу /под ред.
В.А. Елисеева, А.В. Шинянского. - М.: Энергоиздат, 1983.-616 с.
2. Справочник по электрическим машинам: в 2т /под ред. И.П. Копылова,
Б.К. Клокова. - М.: Энергоатомиздат, 1988. - 456 с.
3. Расчет металлургических машин и механизмов /В.М. Гребеник,
Ф.К. Иванченко, В.И. Ширяев. - К.: Выща шк. Головное изд-во, 1988. - 448 с.
4. Розрахунок машин і механізмів прокатних цехів /Ф.К. Іванченко,
В.М. Гребеник, В.І. Ширяєв. - К.: Вища шк., 1995.-455 с.
5. Целиков А.И., Смирнов В.В. Прокатные станы. - М.: Металлургиздат, 1958. - 432 с.
6. Якушев А.М. Справочник конверторщика. - Челябинск: Металлургия, 1990.-442 с.
7. Машины и агрегаты металлургических заводов. В 3-х томах. Т.2. Машины и агрегаты сталеплавильных цехов. /А.И. Целиков, П.И. Полухин,
В.М. Гребеник и др. – М.: Металлургия, 1988. - 432 с.
8. Казак С.А. Динамика мостовых кранов. - М.: Машиностроение, 1968. - 332 с.
9. Методические указания к исследованию на ЭВМ привода металлургических машин. Случай постоянной нагрузки в операции (для студентов специальности 17.03) /Сост. Е.И.Фищенко.- Мариуполь: ММИ, 1991.-. 24 с.
10. Дмитриев В.А. Детали машин. Л., "Судостроение", 1970.- 792 с.
11. Исследование шарнирных механизмов металлургических машин (учебное пособие для студентов всех форм обучения специальности 6.090218, 7.090218) /Сост. Е.И.Фищенко.- Мариуполь: ПГТУ, 2003.- 39 с.
ПРИЛОЖЕНИЕ
Ниже приведен исходный текст модуля PRIVOD
Unit PRIVOD;
INTERFACE
Procedure InpPrivod;
Function SGN(x:Real):Integer;
Function HR(M:Real):Real;
Procedure TREE;
Procedure CREEP(Loa,Lab,t,SinAlt,Al1,w1,e1:Real;
Var xb,Al2,vb,w2,ab,e2:Real);
Procedure FOURZ(l0,l1,l2,l3,c,f0,f1,w1,e1:Real;
Var f2,f3,w2,w3,e2,e3:Real);
Procedure OPERATION;
Procedure OutPrivod;
Procedure MODE;
Procedure CheckInp;
Type Matrix=Array[1..30,1..10] of Real;
Vector=Array[0..30] of Real;
Const z:Real=0;
tsr:Real=0;
tsa:Real=0;
Imax:Real=0;
fs='L==========¦=========¦========¦=========¦=======-';
Var k,k1,k2,k3,n,i,j,S:Integer;
Mp0,Mt0,Mc,Mb,Md,It,Ie,Ii,Id,
tp,ty,tt,tz,tpa,t,dt,fi,fm,f1,f2,f3,
w,w1,w2,w3,ep0,et0,epo,eto,e1,e2,e3,ep,et,e,
a,b,pv,kpd1,kpd2,ur,al1,al2,xb,prf,prw,pre,zz:Real;
as,is:Char;
ff,fdat:Text;
f,w0,fo,wo:Vector;
Y:Matrix;
IMPLEMENTATION
{Проверка электродвигателя привода металлургических машин }
Uses Crt;
Procedure InpPrivod;
Begin
WriteLn(' Введите исходные данные');
Write('Количество операций за цикл работы k=');
ReadLn(k);
WriteLn('Количество значений скорости механизма');
WriteLn('(Для случая равенства скорости механизма');
Write(' во всех операциях введите 1) k1=');
ReadLn(k1);
WriteLn('Количество значений нагрузки механизма');
WriteLn('(для случая неизменной нагрузки');
Write(' во всех операциях введите 1) k2=');
ReadLn(k2);
Write('Количество составляющих нагрузки в каждой операции n=');
ReadLn(n);
WriteLn('Положение механизма в начале I-й операции:');
For i:=0 To k Do
Begin
Write(' f[',i,']=');
ReadLn(f[i]);
End;
WriteLn('Скорость установившегося движения элемента');
WriteLn('механизма по абсолютной величине в I-й операции:');
For i:=1 To k1 Do
Begin
Write(' w0[',i,']=');
ReadLn(w0[I]);
End;
WriteLn('Время цикла работы механизма (с)');
Write('(для случая, когда известно время пауз введите 0) tz=');
ReadLn(tz);
If tz=0 Then Begin
Write('Время пауз за цикл работы механизма (с) tpa=');
ReadLn(tpa);
End;
Write('Приведенный к валу двигателя момент инерции (кг*м*м) Id=');
ReadLn(Id);
Write('Шаг изменения времени (c) dt=');
ReadLn(dt);
WriteLn('Введите: ');
WriteLn(' 1 при известных значениях среднепускового и');
WriteLn(' среднетормозного моментов двигателя');
WriteLn(' 2 при известных значениях ускорения при разгоне');
WriteLn(' и торможении');
WriteLn(' 3 при известных значениях времени разгона');
WriteLn(' и торможения привода');
WriteLn(' Значение 1 рекомендуется использовать при неизменной');
WriteLn('статической нагрузке на валу электродвигателя за время ');
Write(' одной операции ');
ReadLn(k3);
Case k3 of
1: Begin
Write('Среднепуск. момент (Н*м) по абс. величине Mp0=');
ReadLn(Mp0);
Write('Тормозной момент (Н*м) Mt0=');
ReadLn(Mt0);
End;
2: Begin
Write('Ускорение при разгоне (по абс. величине) ep0=');
ReadLn(ep0);
Write('Ускорение при торможении (по абс. величине) et0=');
ReadLn(et0);
End;
3: Begin
Write('Время разгона привода (с) tp=');
ReadLn(tp);
Write('Время торможения привода (с) tt=');
ReadLn(tt);
End;
End;
WriteLn('Введите: ');
WriteLn(' 1 для принятого длительного режима работы привода');
WriteLn(' 2 для принятого кратковременного режима работы привода');
WriteLn(' 3 для принятого повторно-кратковременного режима');
Write(' работы привода');
ReadLn(S);
WriteLn(' Является ли выбранный двигатель');
Write(' самовентилируемым или нет, введите (Y/N)');
ReadLn(is);
WriteLn(' Необходима ли проверка электродвигателя');
Write(' по току или нет, введите (Y/N)');
ReadLn(as);
If (as='Y') OR (as='y') Then Begin a:=0.75; b:=0.5 End
Else Begin a:=1; b:=1 End;
WriteLn('Данные нагрузки в I-й операции:');
For i:=1 To k2 Do
For j:=1 To n Do
Begin
Write('Y[',i,',',j,']=');
ReadLn(Y[i,j]);
End;
Write('Передаточное число привода ur=');
ReadLn(ur);
Write('Коэффициент полезного действия (двигательный режим) kpd1=');
ReadLn(kpd1);
Write('Коэффициент полезного действия (генераторный режим) kpd2=');
ReadLn(kpd2);
End;
Function SGN;
Begin
If x<0 Then SGN:=-1 Else
If x>0 Then SGN:=1 Else SGN:=0
End;
Function HR;
{Здесь HR(M) - зависимость тока в главной цепи
двигателя от момента}
Begin
HR:=M
End;
Procedure TREE;{ Тахограмма в виде треугольника}
Begin
ty:=0;
tp:=Sqrt(2*fi*et/(ep*et-ep*ep));
tt:=-ep*tp/et;
End;
Procedure CREEP;
{ Подпрограмма CREEP
Расчет кривошипно-ползунного механизма
Входные данные:
Loa,Lab - длина приводного кривошипа
шатуна соответственно;
t - аксиал механизма;
SinAlt - синус углa наклона вектора t;
f1,w1,e1 - соответственно угол поворота (рад.),
угловая скорость (рад.с) и
ускорение (рад.с^2) приводного кривошипа.
Выходные данные:
xb - координата ползуна;
Al2 - угол наклона шатуна (рад.);
vb - линейная скорость ползуна;
w2 - угловая скорость шатуна (рад.с);
ab - линейное ускорение ползуна;
e2 - угловое ускорение шатуна (рад/c^2) }
Var i21,ib1,i211,ib11,a2:Real;
Begin
a2:=(-Loa*sin(Al1)-t*SinAlt)/Lab;
Al2:=2*ArcTan((1-sqrt(1-a2*a2))/a2);
xb:=Loa*cos(Al1)+Lab*cos(Al2);
i21:=-Loa*cos(Al1)/Lab/cos(Al2);
ib1:=-(Loa*sin(Al1)+Lab*sin(Al2)*i21);
{ скорости }
w2:=i21*w1;
vb:=ib1*w1;
i211:=Loa/Lab*((sin(Al1)*cos(Al2)-sin(Al2)*
cos(Al1)*i21)/cos(Al2)/cos(Al2));
ib11:=-(Loa*cos(Al1)+Lab*(cos(Al2)*i21*i21+sin(Al2)*i211));
{ ускорения }
e2:=i211*w1*w1+i21*e1;
ab:=iB11*w1*w1+ib1*e1;
End;
Procedure FOURZ;
{ Подпрограмма FOURZ
Исследование шарнирного четырехзвенника
Входные данные:
l0,l1,l2,l3 - соответственно длина стойки,
приводного кривошипа,
шатуна и балансира;
c - коэффициент, учитывающий вариант
сборки четырехзвенника;
f0,f1 - соответственно углы наклона стойки,
приводного кривошипа, шатуна
и балансира (рад.);
w1,e1 - соответственнно угловая скорость (рад/с) и
ускорение (рад/с^2) приводного кривошипа.
Выходные данные:
f2,f3 - углы поворота (рад.)
w2,w3 - угловые скорости (рад/с)
e2,e3 - угловые ускорения (рад/с^2)
шатуна и балансира соответственно. }
Var s,fs,f2s,f3s,cosfs,i21,i31,i211,i311:Real;
Function ArcCos(x:Real):Real;
Begin
If x=0 Then ArcCos:=Pi/2
Else ArcCos:=Pi/2-2*ArcTan((1-Sqrt(1-x*x))/x);
End;
Begin
cosfs:=l0*cos(f0)+l1*cos(f1);
fs:=ArcTan((l0*sin(f0)+l1*sin(f1))/cosfs);
if cosfs<0 then fs:=fs+pi;
s:=sqrt(sqr(l0)+sqr(l1)+2*l0*l1*cos(f1-f0));
f2s:=ArcCos((sqr(l3)-sqr(l2)-sqr(s))/2/l2/s);
f3s:=ArcCos((sqr(l3)-sqr(l2)+sqr(s))/2/l3/s);
{углы}
f2:=fs+c*f2s;
f3:=fs+c*f3s;
i21:=-l1*sin(f1-f3)/l2/sin(f2-f3);
i31:=l1*sin(f1-f2)/l3/sin(f3-f2);
{угловые скорости}
w2:=i21*w1;
w3:=i31*w1;
i211:=(l1*cos(f1-f3)-l3*sqr(i31)+l2*cos(f2-f3)*sqr(i21))/(-l2*sin(f2-f3));
i311:=(l1*cos(f1-f2)+l2*sqr(i21)-l3*cos(f3-f2)*sqr(i31))/(l3*sin(f3-f2));
{ускорения}
e2:=w1*w1*i211+e1*i21;
e3:=w1*w1*i311+e1*i31;
End;
Procedure OPERATION;
{Подпрограмма "Operation"
Определение положения, скорости и ускорения элемента механизма }
Var a1,a2,a3:Integer;
Begin
If t<=tp Then Begin
a1:=1; a2:=0; a3:=0; e1:=ep;
End;
If (t>tp) AND (t<(tp+ty)) Then Begin
a1:=0; a2:=1; a3:=0; e1:=0;
End;
If t>=(tp+ty) Then Begin
a1:=0; a2:=1; a3:=1; e1:=et;
End;
w1:=a1*ep*t+a2*w+a3*et*(t-tp-ty);
f1:=fo[i-1]+a1*ep*t*t/2+a2*(w*t-ep*tp*tp/2)+a3*et*Sqr(t-tp-ty)/2;
End;
Procedure OutPrivod;
Begin
WriteLn(ff,' РЕЗУЛЬТАТЫ РАСЧЕТА');
WriteLn(ff);
WriteLn(ff,'г==========T=========T==========================');
WriteLn(ff,'¦ ¦ Перемещ.¦ Время (с) ¦');
WriteLn(ff,'¦ Операция ¦ +--------T---------T-------¦');
WriteLn(ff,'¦ ¦ (м) ¦ разгона¦ установ.¦тормож.¦');
WriteLn(ff,'¦----------+---------+--------+---------+-------¦');
End;
Procedure MODE;
{ Определение эквивалентных параметров в зависимости
от принятого режима работы }
Var tst:Array[0..3] of Integer;
k:Integer;
Begin
tst[0]:=600; tst[1]:=1800; tst[2]:=3600; tst[3]:=5400;
Case S of
1: Begin { Длительный режим работы }
tsa:=tsa+b*tpa;
End;
2: Begin { Кратковременный режим работы }
tsa:=tst[0];
For k:=1 To 3 Do
If Abs(tsr-tst[k])<Abs(tsr-tsa) Then tsa:=tst[k];
End;
3: Begin
{ Повторно-кратковременный режим работы}
End; Else
Begin
WriteLn('Ошибка ввода значения S!!!');
Halt
End;
End;
Ie:=Sqrt(z/tsa);
End;
Procedure CheckInp;
Begin
If NOT ((k2=1) OR (k2=k)) Then
Begin
Дата добавления: 2015-07-16; просмотров: 107 | Нарушение авторских прав
| <== предыдущая страница | | | следующая страница ==> |
| Особенности Mathcad-программ расчета привода | | | Теоретическая часть |