Автоматизация стана холодной прокатки аллюминия


SO ГЦ, Ю кВ



48



где = 51,3



где = 51,3


ВВЕДЕНИЕ

Прокатка стальной полосы толщиной менее 1 мм осуществляется только в холодном состоянии, т.к. в горячем состоянии тонкая лента не обладает высокой прочностью, а помимо этого, окалина, возникающая при нагреве металла в печах, имеет толщину, сопоставимую с прокатываемой полосой. В результате чего качество поверхности и структуры металла резко падает.

Непрерывный стан холодной прокатки за счет большого количества клетей дает возможность прокатывать более  тонкую полосу при одной и той  же начальной толщине, использовать более толстый прокат, повышать точность и качество поверхности готового проката за счет уменьшения обжатия  в одной клети. Это позволяет  повысить производительность и качество готовой продукции.

Холодная прокатка должна выполняться  с натяжением полосы между клетями. Отсутствие натяжения может привести к аварии, снижению качества металла  и т. п. Поэтому кроме рабочих  клетей, где происходит основная операция - обжатие металла, стан имеет моталку  и разматыватель. Основное назначение их - стабилизация натяжения полосы при смотке и намотке в рулон.

Интенсивное развитие электроприводов  рабочих клетей объясняется следующими причинами:

  • Совершенствованием технологического процесса с целью получения высококачественного проката по толщине и качеству поверхности;
  • Совершенствованием тиристорных преобразовательных агрегатов и систем их управления;

•Появлением новой  элементной базы.

Сейчас активными  темпами происходит процесс внедрения

микропроцессорной техники в нашу жизнь - и в быту и на производстве. На

смену традиционным аналоговым системам управления, которые  в

подавляющем большинстве  случаев устарели не только морально, но и

физически, приходят современные цифровые системы  управления, обладающие более высокой  надёжностью, более высокой точностью  по сравнению с аналоговыми системами управления, и кроме того, открывающие очень широкие возможности в плане автоматизации сложных технологических процессов.

Применение программируемых контроллеров позволяет обеспечить высокую точность выполнения всей последовательности технологических  операций, обеспечить надёжную защиту производственного оборудования и  персонала.

Использование ЭВМ позволяет вести  автоматический учёт и контроль большого числа различных параметров производственного  процесса и производственных механизмов одновременно.

Внедрение микропроцессорной техники  в электропривод позволяет создать  преобразователи с цифровой системой управления, которые обладают значительным преимуществом в точности управления и надёжности по сравнению с аналоговыми  системами управления.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

  1. АНАЛИЗ ОБЪЕКТА АВТОМАТИЗАЦИИ И ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ
    1. ОПИСАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА

Расположение основных механизмов непрерывного стана показано на

рис.1.

Рис. 1. Технологическая схема непрерывного 4-х клетьевого стана



 

Прокатка осуществляется между  рабочими валками. Диаметр рабочего валка клети выбирают из соотношения  Dp = (1000 - 2000)h, где h - толщина полосы. Таким образом, для прокатки тонких лент используются валки малого диаметра при большой длине, что снижает их жесткость. Для повышения жесткости системы валков в вертикальной плоскости в направлении действия наибольших сил используют опорные валки.

Технологический режим на непрерывном  стане холодной прокатки состоит  из следующих основных этапов: заправка полосы с разматывателя в рабочие  клети и моталку; установление заданного  натяжения металла; одновременный  разгон двигателя клети, разматывателя  и моталки; прокатка на установившейся скорости; торможение двигателей.

В процессе работы качество прокатываемой  полосы во многом определяется постоянством натяжения в металле, поэтому  в процессе работы целесообразно  снижать время переходных процессов  двигателя рабочей

клети и обеспечивать такой принцип  управления скоростью моталки, чтобы  в период намотки скорость двигателя  изменялась в зависимости от натяжения.

В соответствии с технологическими условиями к  электроприводу рабочих клетей непрерывного стана предъявляются следующие  требования:

  • Точное согласование скоростей прокатки между клетями и намоточными устройствами с точностью порядка 1%;
  • Обеспечение требуемых величин натяжения полосы во всех режимах работы стана с точностью 3 - 5%;
    • Плавное и в широких пределах - от 50:1 до 100:1 регулирование скорости;
  • Плавный пуск и малое время протекания переходных процессов;
  • Возможность толчковой работы и создания натяжения покоя;
    • Возможность окончания ускорения или замедления по желанию оператора (режим «так держать»);
    • Возможность изменения жесткости механических характеристик двигателей в зоне низких скоростей и при захвате полосы;
  • Аварийное торможение при обрыве полосы.

На высокопроизводительных непрерывных  станах используют многоякорные двигатели  с индивидуальным приводом каждого  рабочего валка. Такой привод позволяет  одновременно снизить приведенный  момент инерции и повысить его  быстродействие.

Электропривод непрерывного стана  работает в нереверсивном режиме, но его выполняют реверсивным  с целью рекуперативного торможения с отдачей энергии в сеть.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

    1. ЗАДАНИЕ НА ПРОЕКТИРОВАНИЕ

Общие сведения

 

Техническая характеристика стана

Толщина полосы, h

  

  до прокатки /после прокатки

1,5 — 5 мм /0,4 - 2 мм

Ширина полосы, В

700 - 1550 мм

Внутренний диаметр рулона, DB

600 мм

Максимальный наружный диаметр рулона, DHmax

2200 мм

Масса рулона, mр

до 30 т

Рабочая скорость номинальная (соответствует номинальной частоте вращения двигателя 4 клети), vp

13,9 м/с

Заправочная скорость, v3an

1 м/с

Максимальная скорость прокатки, vmax

25 м/с

Диаметр рабочих валков клети, Dp

500-470 мм

Диаметр опорных валков клети, Don

1300-1200 мм

Длинна бочки рабочих и опорных валков клети, L

1700 мм

Наибольшее давление металла на валки, Р

1800 т

Темп разгона, замедления, а

2,5 м/с2

Момент инерции рабочих и опорных валков (на оси рабочих валков), JB

2 х 775 кг-м2

Момент инерции шпиндельного соединения (на оси рабочих валков), Jшп

2 х 100 кг-м2

Момент инерции редукторов, приведенный к валу двигателя, JP

2 х 250 кг-м2




Стан предназначен для  холодной прокатки ленты из алюминия. Исходным прокатом для производства готовой продукции являются горячекатаные и холоднокатаные рулоны.

 

 

    1. Управление

Привод рабочих  валков клети - индивидуальный. Т.к. привод четырехклетьевого стана холодной прокатки индивидуальный, в данном проекте производится расчет только четвертой клети, вследствие наибольшей загруженности; для остальных клетей расчет производится аналогичным способом.

Схема управления электроприводами рабочих  валков каждой клети должна обеспечивать:

  1. Зависимое регулирование частоты вращения электродвигателей. При этом ослабление потока возбуждения должно производиться только после полного открывания якорного преобразователя.
  2. Поддержание угловой скорости рабочих валков, заданной системы управления скоростными режимами, во всех режимах работы стана, исключая аварийное (динамическое) торможение.

Точность  поддержания скорости в диапазоне 1:20 от максимальной рабочей скорости должна обеспечиваться:

  • в режимах установившейся скорости (в статике) - 0,1%.
  • в режимах разгонов и замедлений стана и отдельной клети при отработке сигналов от систем автоматизации (в динамике) - 0,5%.
  1. Возможность получения при заправочных режимах, наряду с жесткими механическими характеристиками, смягченных характеристик (компаундирование) до 2,5% от максимальной рабочей скорости. Величина компаундирования выбирается при наладке, и должна плавно сниматься при разгоне стана одновременно для всех клетей после заправки полосы.
  1. Динамическое торможение.
  2. Блокировки.

 

 

 

 

    1. Упрощенная кинематическая схема привода рабочих валков 4-й клети

Кинематическая  схема привода рабочих валков 4-й клети непрерывного стана холодной прокатки изображена на рисунке 2.

 

1.5 Расчет нагрузочной диаграммы и тахограммы

 

Расчет нагрузочной диаграммы  произведен для 4-й клети на основании  данных программы прокатки, представленных в таблице 1.

Таблица 1

 

hi-1, мм

 

hi, мм

 

 

εi,%

 

ε∑, %

 

V, м/с

 

Тi-1, кН

 

Тi,кН

 

n,об/мин

0,7

0,5

28,6

75

23,9

187

38

912




 

hi-1 - толщина полосы перед клетью, мм;

           h; - толщина полосы за клетью, мм;

£i - относительное обжатие в данной клети, %;

s2 - относительное обжатие суммарное, %;

 v - скорость рабочих валков, м/с;

Tj_i — полное натяжение перед клетью, кН;

Ti - полное натяжение за клетью, кН;

 n - частота вращения рабочих валков, об/мин.

При построении нагрузочной  диаграммы необходимо рассчитать статические, динамические значения моментов на всех участках работы, а также временные  значения этих участков.

Рассчитаем  и построим нагрузочную диаграмму:

Разобьем  диаграмму на 7 участков:

  1. Разгон до заправочной скорости;
  2. Заправка;
  3. Разгон до установившейся скорости;
  4. Участок установившейся скорости;
  5. Замедление с рабочей скорости до скорости выпуска;
  6. Выпуск;
  7. Торможение и остановка. 
  8. Скорость заправки V3an равна 1 м/с. Ускорение a на всех участках

 

включая и торможение определено заданием и равно 2,5 м/с2 , следовательно

 

 

  1. По условиям технологии для нашего конкретного варианта заправка идет в течение 15 секунд, причем примерно половину этого времени двигатель  работает на холостом ходу. Таким образом, участок 2 можно разбить на два  равных по длительности

 

 

 

 

  1. Время разгона до рабочей скорости определяем по формуле:
  2. Время работы на установившейся скорости:

 

где DB = 0,6 м - внутренний диаметр рулона;

 h = 0,5-10‘3 м - толщина полосы;

у = 7,8-103 кг/м3 - удельная масса металла;

  DH - наружный диаметр рулона, определяемый по формуле:

 

 

  1. Время замедления от рабочей до скорости выпуска определяем по формуле:

t5 = t3 = 5,16 с.

  1. Участок выпуска аналогичен по длительности участку заправки, который также разбивается на 2 отрезка, равных по длительности 
  2. Время на участке торможения до остановки:

где Ve = V3an = 1 м/с - скорость выпуска.

Время цикла находим путем суммирования времен всех участков:

= 0,4 + 7,5 + 7,5 + 5,16 + 367,09 + 5,16 + 7,5 + 7,5 + 0,4 = 408,2 с.

На  непрерывных станах холодной прокатки процесс прокатки ведут с натяжением. На полосу со стороны входа металла  в валки действует заднее натяжение  и со стороны выхода металла из валков действует переднее натяжение. Поэтому момент прокатки на этих станах определяют по формуле,

Mnp=M0-TnDp/2+T3(Dp/2)(hi+l/hi), (Нм)

где МО- момент свободной прокатки и сил  трения, (Нм);

ТЗ - заднее напряжение, (Н);

Тп - переднее напряжение, (Н);

hi - толщина полосы на входе клети, (м);

hi+1 - толщина полосы на выходе клети, (м).

Вращающий момент двигателя главного привода  стана холодной прокатки в общем  случае складывается из трех составляющих,

м=мпр+мхх+мд,

где мпр - момент прокатки и добавочных сил  трения;

Мхх - момент, необходимый для привода  стана на холостом ходу;

Мд - динамический момент.

Момент прокатки и момент холостого  хода составляют статический момент.

КПД редуктора =0,95-0,98 для  каждой ступени;

КПД шестеренной клети =0,92-0,95;

КПД шпинделей  и муфт =0,99.

При прокате на заправочной скорости момент двигателя равен статическому моменту: м1=МСТ.

При ускорении привода добавляется  динамический момент:

M2= МСТ+ Мд,

При прокатке на скорости выше номинальной  скорости двигателя определяют скорректированный  момент:

М"СТ= МСТ (Vp /Ун);

М"д=Мд(Ур/Ун)

Вращающий момент Мз =М"СТ+М"Д. При прокатке на рабочей скорости, М4=М"СТ.

При замедлении привода вращающий  момент определяют по формулам:

при vp>vH м5=м"ст+м"дз,;

при vp<vH м5 =МСТ+МДЗ;

где Мдз- динамический момент привода при  замедлении,

Mд3=-GD2b/375

b-замедление, об/мин/с.

Усилие  перемещения полосы:

Fxx =( mс + mд) g ϻ, где

mс - масса клети (тс = 15000 кг);

mд - масса валков (тд = 23000 кг);

g - ускорение свободного падения (g = 9,81 м/с );

ϻ - коэффициент трения стола о направляющие (ϻ = 0,06).

Fxx = (15000 + 23000) • 9,81 • 0,06 = 22366,8 (Н) = 22,37 (КН)

Усилие перемещения полосы при  резании: Fp = Fz + Fp, где

Fz - усилие резания (Fz = 170000 Н).

Fp = 170000 + 22366,8 = 192366,8 (Н) = 192,37 (КН)

Момент статического сопротивления при перемещении полосы, приведенный к валу двигателя:

Величину момента холостого хода принимают равной 5% от значения статического момента:

Мхх =0,05- Мс =0,05 -120;7 = 6,035 кН • м.

Динамический момент определяем по формуле:

Теперь вычислим величины моментов на всех участках нагрузочной диаграммы.

  1. На первом участке момент складывается из момента холостого и динамического момента:

М,=МХХ+ Мдин = 6,035 + 77,2 = 83,235 кН • м

  1. На заправочной скорости имеем 2 участка.
    1. Интервал, на котором момент равен моменту холостого хода:

М’ 2= Мxx = 6,035 кН • м

    1. Интервал, на котором момент равен статическому моменту:

М”2=Мс=120,7 кН • м

  1. На участке разгона до установившейся скорости к статическому моменту добавляется динамический момент:

МЪ=МС+ Мдин = 120,7 + 77,2 = 197,9 кН • м,

  1. На участке установившейся скорости момент равен статическому:

М4= Мс=120,7 кН • м,

  1. На участке замедления с рабочей скорости до скорости выпуска суммарный момент равен разности статического и динамического моментов:

М5 = Мс - Мдин = 120,7 - 77,2 = 43,5 кН • м,

  1. Участок выпуска разбит на 2 отрезка.
    1. Интервал, на котором момент равен статическому:

M’6 =МС =120,7 кН • м

    1. Интервал, на котором момент равен моменту холостого хода:

M”6=Mxx= 6,035 кН • м

  1. На участке торможения момент равен разности момента холостого хода и динамического момента:

М7 = Mxx - Mдин= 6,035-77,2 = -71,165 кН • м

 

 

 

,

1.6 Предварительный  выбор двигателя рабочих валков клети

При расчете мощности двигателя  полагаем, что номинальной скорости двигателя соответствует скорость обратного хода (наибольшая скорость механизма), т.к. принято однозонное регулирование скорости, осуществляемое вниз от номинальной скорости. Ориентируемся  на выбор двигателя серии Д, рассчитанного  на номинальный режим работы S1 и имеющего принудительную вентиляцию.

Эквивалентное статическое усилие за цикл:


 

 

 

Расчетная мощность двигателя:


КЗ - коэффициент запаса (примем КЗ = 1,2);

ηnN- КПД механических передач при рабочей нагрузке.

Выбираем двигатель серии 2МП 6500, мощностью 2400 кВт.

Номинальные данные двигателя:

  1. PN = 2400 кВт - номинальная мощность;
  2. MN= 142 кН-м - номинальный момент;
  3. UЯN= 750 В - напряжение номинальное на якоре;

4.LЯN= 3400 А - номинальный ток якоря;

  1. nN= 330 об/мин - номинальная частота вращения двигателя;
  2. nмах= 600 об/мин - максимальная частота вращения двигателя;
  3. Jдв = 9000 кг-м2 - момент инерции якоря;
  4. IBN= 44,0 А - ток возбуждения;
  1. Кп.я= 0,04 - допустимое действующее значение основной гармоники тока якоря;
  1. ip=0,622.

Вентиляция двигателя - принудительная; соединение ветвей обмотки  возбуждения - параллельное.

Применение в приводе ДПТ  обеспечивает большую производительность труда, что экономически оправдывает  дополнительные затраты, связанные  с использованием электрооборудования  на постоянном токе. Развитие отраслей промышленности, в которых находят  применение мощные ДПТ, приводит к необходимости  непрерывного повышения их мощности и вращающего момента, улучшению  динамических показателей. В настоящее  время питание крупных ДПТ  осуществляется от тиристорных преобразователей.

Для питания мощных прокатных ДПТ  применяют тиристорные преобразователи. Тиристорное питание из-за пульсации  напряжения и тока якоря ухудшает коммутацию ДПТ, вызывает появление  добавочных потерь от переменных составляющих тока и потока и дополнительную вибрацию. Применение тиристорных преобразователей обеспечивает возможность использования быстродействующих систем регулирования для форсировки напряжения якоря. В связи с этим к изоляции обмоток якорной цепи и коллектора ДПТ, питаемых от тиристорных преобразователей, предъявляются дополнительные требования: она должна допускать нормальную эксплуатацию с амплитудным значением напряжения

вентильной обмотки трансформатора преобразователя. Для ДПТ с номинальным  напряжением 750 В это напряжение составляет 1500 В. Такое напряжение оказывает  неблагоприятное влияние на потенциальные  условия на коллекторе.

Для ограничения вредного воздействия  тиристорного преобразователя ДПТ  выполняют с шихтованным магнитопроводом  и применяют 12-фазные схемы выпрямления (реже 6-фазные полностью управляемые).

При проектировании ДПТ задаются допустимыми  пульсациями тока якоря, как правило, в пределах от 2 до 7 %. В большинстве  случаев индуктивность якорной  цепи оказывается достаточной для  ограничения жданного значения пульсации. В противном случае применяют  дополнительные сглаживающие реакторы.

Крупные ДПТ работают в системе  автоматизированного привода, и  основное требование, предъявляемое  к ним со стороны эксплуатации, — надежность работы. Поэтому ДПТ  комплектуются вспомогательными устройствами, обеспечивающими, с одной стороны, работу в автоматизированном приводе, с другой — контроль за параметрами ДПТ во время эксплуатации. Комплектно с ДПТ поставляются тахогенератор ы типа ПТ-32 или ПТ-42, реле скорости типа РМН7011, воздухоохладители типа ВО-100-2 или ВО- 50А, ящик резисторов.

Для контроля температуры входящего  и выходящего из ДПТ воздуха поставляются два термометра сопротивления, для контроля работы подшипников — термометр манометрический сигнализирующий и указатель уровня масла. Обмотки возбуждения и компенсационная снабжены термоэлектрическими преобразователями, которые позволяют производить контроль температур этих обмоток. Термометры сопротивления, заложенные в обмотку якоря, выводятся на контактные кольца и траверсу, что позволяет следить за температурой обмотки якоря при работе. К каждому крупному ДПТ постоянного тока завод-изготовитель поставляет запасные части комплекты катушек главных и дополнительных полюсов, секции обмотки 1коря, щетки, щеткодержатели, вкладыш подшипника и др.), а также наборы специальных

приспособлений, устройств и инструмента, необходимых для монтажа, эксплуатации и ремонта.

Реверсивные и нереверсивные ДПТ, предназначенные для электроприводов прокатных станов, выпускаются ЛПЭО «Электросила» им. М. Кирова, заводом «Электротяжмаш» (г. Харьков) и ПО ХЭМЗ.

Условия эксплуатации двигателей:

Высота над уровнем моря, м, не более 1 ООО Температура охлаждающего воздуха, °С: исполнение УХJI4 .... 1—40 исполнение 04 1—45

Температура охлаждающего воздуха, °С 5-40

Относительная влажность воздуха  при 25 °С (исполнение УХЛ4), %, не более.... 80

То же при 35 °С (исполнение 04), %, не более 98

Запыленность охлаждающего воздуха, мг/мЗ, не более .... 0,2 Количество охлаждающего воздуха на 1 кВт фактических потерь, м /мин, не более 3,5—4,0

Охлаждающий воздух не содержит химически  агрессивных и токопроводящих примесей. Окружающая среда — невзрывоопасная, не содержащая агрессивных примесей и токопроводящей пыли в концентрациях, снижающих параметры двигателей ДПТ. Степень защиты ДПТ горизонтальных: IP20 — выше перекрытия фундаментной плиты, IPOX ниже перекрытия фундаментной плиты по ГОСТ 14254-80.

 

 

 

 

 

 

1.7 Проверка двигателя  по нагреву и перегрузке

Проверка по нагреву производится по нагрузочной диаграмме таким образом, чтобы потери энергии при работе двигателя не приводили к недопустимому перегреву.

Один из способов проверки - метод эквивалентного момента, т.к. имеет место линейная зависимость между током и моментом.

Таблица 3

Временной интервал, с

Величина момента, кН-м

t1 = 0,4

Mj = 83,235

t2 = 7,5

M2 - 6,035

t2 =7,5

M2 = 120,7

t3 = 5,16

М3 = 197,9

t4=367,09

М4= 120,7

t5 = 5,16

М5 = 43,5

t6 = 7,5

М6 = 120,7

t6 =7,5

М6 =6,035

t7=0,4

М7 = - 71,165




 

Эквивалентный момент для режима работы, где скорость двигателя выше номинальной Мэкв1 равен:

Эквивалентный момент не должен превышать номинальный момент Мэкв1 < МN, т.е. 113,9 кН • м < 142 кН • м

Рассчитаем коэффициент запаса по нагреву:

Значение является оптимальным, учитывая необходимый запас из-за наличия  пульсаций преобразователя.

Проверяем двигатель по перегрузке:

Так как двигатель допускает  и больший коэффициент перегрузки (2,5), то можно сделать вывод, что  двигатель проходит по перегрузке.

Эквивалентный момент для режима работы, где скорость двигателя не превышает  номинальную Мжв2 равен:

~

Рассчитаем коэффициент  запаса по нагреву:

 

Проверяем двигатель по перегрузке:

Так как  двигатель допускает и больший  коэффициент перегрузки (2,5), то можно  сделать вывод, что двигатель  проходит по перегрузке.

Автоматизация стана холодной прокатки аллюминия 📙 Дипломная → 🆔 237

Автоматизация стана холодной прокатки аллюминия 📙 Дипломная → 🆔 237

Автоматизация стана холодной прокатки аллюминия