Назначение и устройство механизма дисковых ножниц

Таблица 1 - Технические данные механизма дисковых ножниц

 

Определяется угол захвата дисковых ножниц

=(1)

гдеh - толщина металла, м;

∆ - радиальное перекрытие, м;

R - радиус диска, м.

В соответствии с выражением (1)

==0,14

Определяется угол наклона дисковых ножниц

α =∙(2)

α = ∙ = 0,112

 

Определяется усилие резанья

F = ∙∙∙ ∙ ∙∙ , Hм                          (3)

где - коэффициент, равный отношению максимального сопротивления среза к

пределу прочности;

-  коэффициент, учитывающий увеличение усилия  резанья при затуплении

ножей в процессе длительной работы;

- коэффициент, учитывающий  увеличение усилия резанья при  увеличении

бокового зазора между ножами;

E - коэффициент, относительно надреза сечения;

- предел прочности, H/;

h - толщина металла, м.

В соответсвии с выражением (3)

F=0,7 ∙ 1,2 ∙ 1,3 ∙ ∙ 0,4 ∙ 250 ∙ = 1528,8Hм

Определяется момент резанья

Mрез= 2 ∙F∙a,Hм(4)

Мрез=2 ∙ 1528,8 ∙ 18,9 = 57788,64Hм

где a - плечо приложения силы.

a=R∙sinβ(5)

a= 135 ∙ 0,14 = 18,9

где β - плечо прложения силы

sin β=

cos β =(6)

В соответствии с выражением (6)

sinβ== 0,14

cosβ= = 0,99

 

Определяется момент трения в подшипниках

Mтр= F∙ μ∙ d ,Hм                                                         (7)

где μ- коэффициент трения в подшипниках;

d- диаметр шейки вала, м.

В соответствии с выражением (7)

Mтр=1528,8∙ 0,004 ∙ 0,095 = 0,58Hм

Определяется угловая скорость дисковых ножниц

ω = , рад/с(8)

ω = = 0,015рад/с

Определяется расчётная мощность двигателя

P=K∙ ∙∙n , кВт                                     (9)

где K - коэффициент, учитывающий потери мощности на трение дисков о разрезанный металл.

В соответствии с выражением (9)

P = 1,1 ∙ ∙ ∙ 4 = 4068,4кВт

По справочнику /6/ выбирается двигатель П 21-45-15К с техническими данными приведенными в таблице 2. 
 
Таблица 2 – Технически данные двигателя П 21-45-15К

Наименование	Обозначения	Величина	Единицы измерения
Мощность	P	4600	кВт
Скорость вращения	n	335	об/мин
Ток	I	5620	А
Напряжение	U	370	В

 

Определяется номинальный момент двигателя

Mн=9,55 ∙ ,Нм                                (10)

Mн = 9,55 ∙ = 131130Нм

Определяется момент холостого хода двигателя

M0= 0,04 ∙ Мн,Нм(11)

M0 = 0,04 ∙ 131130 = 5240Нм

Определяется суммарный момент резанья и трения

Mс = Мрез+Мтр, Нм(12)

Mс = 57788,64+ 0,58 = 57789,22Нм

Определяется статический момент двигателя

Mст=,Нм(13)

Мст = = 9359Нм

Определяется время разгона при условии, что дисковые ножницы разгоняются с металлом

tp=∙, с                                       (14)

где - суммарный маховый моент при резке металла, Нм2;

ωн - номинальная угловая скорость предварительно выбранного двигателя, с-1;

Мср.п - средний пусковой момент, Нм.

GD2пр1 = 1,2 ∙ 4 ∙ Jдв ∙ g + GD2мех + ,Нм2(15)

где g - ускорение сободного падения, м/с2.

Всоответствии с выражением (15)

GD2пр1 = 1,2 ∙ 4 ∙ 33,890 ∙ 9,81 + 16500 + = 18279,05Нм2

В соответствии с выражением (14)

tp = ∙ = 0,2 с

Мср.п = λ ∙ Мн,Нм(16)

где λ - кратность моментов.

В соответствии с выражением (16)

Мср.п = 2,5 ∙ 131130 = 327,825Нм

Определяется динамический момент при разгоне дисковых ножниц

Мдин.р = ∙ , Нм(17)

Mдин.р = ∙ = 269630Нм

Определяется момент двигателя при разгоне

Mдв.р = Мдин.р + Мст + М0, Нм(18)

Mдв.р = 269630 + 9359 + 5,24 = 278994,24Нм

Определяется момент при резке на установившейся скорости

Mдв.уст = Мст + М0,Нм(19)

Mдв.уст = 9359 + 5,24 = 9364,24Нм

Определяется время торможения

tт= ∙ , с (20)

где GD2пр2 - суммарный маховый момент двигателя и механизма, Нм2.

GD2пр2=1,2 ∙ 4 ∙Jдв∙g+GD2мех(21)  

GD2пр2 = 1,2 ∙ 4 ∙ 33,89 ∙ 9,81 + 16500 = 18096 Нм2 
 
В соответствии с выражением (20)

tт = ∙ = 0,13 с

Определяется динамический момент при торможении

Mдин.т=∙ , Нм               (22)

Mдин.т = ∙ = 410779,2Нм

Определяется момент двигателя при торможении

Mдв.т=M0-Mдин.т ,Нм(23)

Mдв.т = 5240–410779,2 = -405539,2Hм

 

Определяется эквивалентный момент двигателя

Mэкв= , Нм(24)

где tу = Tц - tр - tт - время резания, с.

В соответствии с выражением (24)

Mэкв = = 12858,15Нм

Так как условиеМн ≥ Мэкв (131130 ≥ 12858,15) выполняется, то выбранный двигатель проходит по нагреву.                           

Определяется фактическая перегрузочная способность

λф = (25)

где Ммах- максимальный момент двигателя, Нм.

В соответствии с выражением (25)

λф = = 2,12

Так как выполняется условие λ ≥ λф (2,5 ≥ 2,12), то выбранный двигатель проходит по перегрузке.

Вывод: Данный двигатель проходит по нагреву и перегрузки.

 

 
2.3. Расчёт силового трансформатора

Расчетное значение напряжения U2расч.ф вторичной обмотки трансформатора, питающей m-фазный тиристорный преобразователь с нагрузкой на якорь в зоне непрерывных токов, с учетом необходимого запаса на падение напряжения в силовой цепи, определяется по формуле

U2расч.ф=KИ∙ KC ∙ Kα ∙ KR ∙ Udн , В(26)

где КИ – расчетный коэффициент, характеризующий соотношение напряжений 
в реальном выпрямителе /2/ (см. табл. 1);

КC – коэффициент запаса по напряжению, учитывающий возможное снижение напряжения сети до U = 0,9UH , обычно принимают КC = 1,1;  
Кα – коэффициент запаса, учитывающий неполное открывание вентилей при α максимальном управляющем сигнале, целесообразно принимать 
Кα = 1,1;  
КR – коэффициент запаса по напряжению, учитывающий падение напряжения в обмотках трансформатора, вентилях и за счет перекрытия анодов; допустимо принимать КR= 1,05; Ud0 – номинальное выпрямленное напряжение тиристорного преобразователя, принимается равным номинальному напряжению электродвигателя.

В соответствии с выражением (26)

U2расч.ф = 0,428 ∙ 1,1 ∙ 1,1 ∙ 1,05 ∙ 860 = 466,12 В

Расчетная типовая мощность трансформатора

Sтр = KS ∙ KC ∙KR ∙ Ki ∙ Ud0 ∙ Idн, ВА(27)

где КS – коэффициент схемы /2/ (см.табл.1), характеризующий соотношение мощностей

 для идеального  выпрямителя с нагрузкой на  противо - ЭДС;

Ki - коэффициент, учитывающий отклонение формы анодного тока вентилей от прямоугольной (по эксперементальным данным Ki = 1,1);

Idн - номинальный ток преобразователя; принимается равным расчёту, А.

В соответствии с выражением (27)

Sтр = 1,045 ∙ 1,1 ∙ 1,05 ∙ 1,1 ∙ 860 ∙ 5620 = 6416,91 ВА

На основании полученных данных из справочника /4/ выбирается силовой трансформатор ТДП-10000/10-У2, имеющий параметры:

Номинальная мощность Sн = 10130 ВА

Напряжение сетевой обмотки U1Н = 10000В

Напряжение вентильной обмотки U2Н = 896В

Ток вентильной обмотки I2Н = 6530А

Напряжение преобразовательной обмотки UПР = 1050В

Ток преобразовательной обмотки IПР = 8000А

Потери холостого хода ∆Pхх = 13500 Вт

Потери короткозо замыкания ∆Pкз = 63330 Вт

Напряжение короткого замыкания Uк = 7,7 %

Ток холостого хода Iхх = 0,8 %

Схема соединения: ∆/∆

Выбранный трансформатор проверяется на пригодность применения в данной схеме электропривода.

Определяются номинальное значение напряжения и тока вторичной обмотки

U2ф.н =U2Л  = 896  ,В(28)

I2н= ,А(29)

I2н = = 6535,146 А

Определяются активное и реактивное сопротивление трансформатора, приведённые ко вторичной обмотке

Rт = = ,Ом(30)

где I1н = = = 585,54А

kтр = = = 11,1 - коэффициент трансформации

В соответствии с выражением (30)

Rт = = 0,0005Ом

xт = , Ом(31)

xт = = 0,01 Ом

Определяется активное сопротивление сглаживающегодроселя

rдр ≈ ,Ом(32)

rдр ≈ ≈ 0,0002 Ом

Определяется активное сопротивление преобразователя

Rп = Rт + rдр+ ,Ом(33)

Rп = 0,0007 + 0,0002 + = 0,0047 Ом

Определяется средние значение выпрямленного напряжения при полностью открытых тиристорах (угол α = 0) и нагрузке двигателя током Id = 1.5 ∙ Iн

Ud0 = Uн + 1,5 ∙ Iн ∙ Rп,В(34)

Ud0 = 860 + 1,5 ∙ 5620 ∙ 0,0047 = 900,0 В

Определяется необходимая величина напряжения вторичной обмотки трансформатора с учётом возможного снижения напряжения сети на 15%

U2ф = 1,15 ∙ ,В (35)

U2ф = 1,5 ∙ = 442,3 В

Определяется действующее значение тока вторичной обмотки

I2 = K1 ∙ Ki ∙ Idн,А(36)

где K1 - коэффициент схемы /2/, табл. 1, характеризующий отношение токов в идеальном выпрямителе.

В соответствии с выраженим (36)

I2 = 0,815 ∙ 1,1 ∙ 5620 ≈ 5036 А

Сравнение расчётных и номинальных значений U2ф (U2фн = 860,0 ≥ U2ф = 442,3) и I2 (I2н = 5620 ≥ I2 = 5036) показывает пригодность трансформатора для применения в данной схеме электропривода.

 

2.4. Расчёт тиристоров

Среднее значение тока тиристора

Ia = K3i,А(37)

где К3i = 2,5 – коэффициент запаса по току, с учетом увеличения тока двигателя в переходных режимах;  
Кax – коэффициент, учитывающий интенсивность охлаждения силового вентиля;  
Кax = 1 при принудительном воздушном охлаждении со стандартным радиатором, соответствующим данному типу вентиля;  
mmр – число фаз трансформатора.

В соответствии с выражением (37)

Ia = 2.5 ∙ = 3747 А

Максимальное значение обратного напряжения

UВмакс = K3Н ∙ ∙ U2ЛН,В(38)

где КЗН = 1,8 – коэффициент запаса по напряжению, учитывающий возможные повышения напряжения питающей сети (включая режим холостого хода) и периодические выбросы Uобр, обусловленные процессом коммутации вентилей; 
U2ЛН – линейное напряжение вторичной обмотки трансформатора.

В соответствии с выражением (38)

UВмакс = 1,8 ∙ ∙ 896 = 2274,1 В

 

Выбирается тиристор Т253-800 /4/ с номинальными параметрами, приведённые в таблице 3

Таблица 3- Технические данные тиристора

Наименование	Обозначение	Величина	Еденицы измерения
Предельный ток	Iпр	800	А
Напряжение переключателя	Uпер	2300	В
Прямое падение напряжения	Uпар.пад	2,1	В
Обратный ток утечки	Iобр.ут	70,0	А
Напряжение управления	Uупр	9,0	В
Ток управления	Iупр	0,9	А

 

 
 
2.5. Выбор преобразовательного агрегата

Тиристорный преобразователь выбирается по номинальным параметрам: напряжению UН и току двигателя IН.

Структура типообразования комплектного тиристорного преобразователя серии  КТЭУ: КТЭУ – 5620/860 – 13222 УХЛ4

 где  1 –  однодвигательный привод;

        3 – реверсивный режим работы  с изменением полярности напряжения  на якоре. 

        2 –  исполнение ТП по способу  связи с сетью – с трансформатором;                                                                                                                               

        2 – основной регулируемый параметр  скорость, двухзонноерегулированиие;

        2 – состав коммутационной аппаратуры  силовой цепи с линейным контактором  и динамическим торможением;

      УХЛ4 – климатическое исполнение (для районов с умеренным и холодным климатом)

 

 

2.6. Расчёт сглаживающегодроселя

Выбор сглаживающего дросселя производится из обеспечения непрерывности тока двигателя на всем диапазоне нагрузок от Idмин до Idн и изменения угла регулирования от αмин до α = 900, а также ограничения пульсаций тока до 2-5 %.

С достаточной точностью требуемая индуктивность якорной цепи системы ТП-Д может быть определена по формуле

Ldнеобх≥ ,Гн(39)

где Ldнеобх = Lсд + Lдв + Lтр + Lур - суммарная индуктивность якоря цепи, Гн;

Idмин - минимальный ток нагрузки преобразователя, равный 0,05 ∙ Idн , А;

UП - действующие значение первой гармоники выпрямленного напряжения для соответствующего значения по кривым /2/ рисунок 1 при α = 900 , В;

Lдв - индуктивность якоря двигателя, Гн;

Lдв = K∙ ,Гн           (40)

Lтр - индуктивность трансформатора, Гн;

 

Lтр = = ,Гн (41)

Lур - индуктивность уравнительного дросселя, Гн;

Lсд - индуктивность сглаживающего дросселя, Гн;

ωс = 2πf - угловая частота питающей сети;

nн - номинальная скорость вращения электродвигателя, об/мин;

I2Н - номинальный ток вторичной обмотки трансформатора, А;

U2Н- номинальное фазное напряжение вторичной обмотки  
трансформатора, В;

p - число пар полюсов электродвигателя;

K - конструктивный коэффициент, для некомпенсированных машин K = 0,6.

В соответствии с выражением (39)

Ldнеобх ≥ = 1,4 мГн

В соответствии с выражением (40)

Lдв = 0,6 ∙ = 0,65 мГн

В соответствии с выражением (41)

Lтр = = 0,0034 мГн

Необходимая величина индуктивности сглаживающего дросселя, по которой выбирается дроссель из справочника /3/.

Lсд = Ldнеобх - (Lдв + Lтр + Lур) ,мГн(42)

Lсд = 1,4 - (0,65 + 0,0034 + 0) = 0,75 мГн

Выбирается дроссель ФРОС - 125/0,5 У3  /5/ с номинальными параметрами: