Устройство станка IK825Ф2 и его эксплуатация

Содержание Введение

1. Общая часть

1.1 Краткая технология НШС-2000

1.2 Назначение и устройство станка

2. Специальная часть

2.1 Требования, предъявляемые к электроприводу станка

2.2 Технические данные станка

2.3 Расчет мощности и выбор двигателя главного привода

2.4 Расчет параметров тиристорного преобразователя

2.5 Расчет и выбор элементов защиты

2.6 Выбор основных ПРА

2.7 Составление и описание работы схемы управления во всех режимах

3. Организация производства

3.1 Организация капитального ремонта электродвигателя

4. Экономика производства

4.1 Технико-экономическое обоснование выбора системы электропривода вальцетокарного станка

5. Мероприятия по технике безопасности, противопожарной технике и охране природы

5.1 Мероприятия по технике безопасности при эксплуатации электрооборудования металлорежущих станков

5.2 Противопожарная техника безопасности на станках Литература и ссылки

Введение

Освоение листопрокатного производства на Новолипецком металлургическом комбинате началось с лета 1957 года с введением в строй цеха горячего проката ЛПЦ-1. Это был высокомеханизированный прокатный стан «1200». На протяжении многих лет в цехе шел кропотливый поиск резервов, направленный на совершенствование механизмов и агрегатов. За это время липецкая трансформаторная сталь вышла по электромагнитным свойствам на уровень лучших зарубежных образцов, завоевала доверие потребителей.

Решая задачу — создать отечественную технологию производства электротехнических марок стали в широких промышленных масштабах появился уникальный комплекс — листопрокатный цех № 4. Металл для холодной прокатки идет в цех со стана «2000». Там отработана специальная технология получения проката для производства автомобильного листа.

В связи с выходом отечественных производителей металлопродукции на внешний рынок и производством проката по стандартам ASTM, DIN и другим, к его качеству и геометрическим размерам предъявляются повышенные требования, зачастую превышающие требования существующих ГОСТов и технических условий.

Качество металлопроката и геометрические размеры профилей, в том числе и производимых на ОАО «НЛМК», зависят от многих факторов, одним из которых является качество изготовления и точность обработки поверхности валков черновых и чистовых клетей прокатных станов.

В соответствии с рабочими калибровками и монтажами валков в вальцетокарной мастерской ЛПЦ — 3 производится обработка и расточка валков черновых и чистовых клетей. Для этих целей применяется станок типа IK825Ф2, который предназначен для обработки валков как сортовых, так и листовых прокатных станов.

1 Общая часть

1.1 Краткая технология НШС — 2000

Заготовками для широкополосных станов служат слябы. Для их нагрева перед прокаткой применяются методические нагревательные печи. Отапливаются печи либо смесью доменного и природного, либо доменного и коксового газов. Посадка и выдача слябов — торцевая. На стане 2000 НЛМК выдача слябов производится специальными устройствами.

Под печи состоит из шести рядов неподвижных и четырех подвижных блоков в виде рам из толстостенных труб. Неподвижные трубопроводы присоединяют к подвижным балкам шарнирами. Горизонтальный ход подвижных балок составляет 480 мм, а вертикальных — 20 мм. Продолжительность одного цикла передвижения балок — 60 с. Механизм передвижения имеет гидравлический привод.

На балках, поддерживающих слябы в течение всего времени нагрева, установлены рейторы высотой 140 мм из жаропрочной стали. Это позволяет предотвратить неравномерность нагрева по длине сляба. При отсутствии выдачи слябов из печи посадка перемещается только в вертикальном направлении.

Современные листовые прокатные станы для взламывания окалины имеют окалиноломатель. Рабочая клеть окалиноломателя состоит из станины закрытого типа, валков, опоры которых смонтированы в кассетах, перемещающихся при сужении раствора валков в направляющих рамках провода валков и устройства установки валков. Валки приводятся от двух вертикальных приводов через двухступенчатый редуктор и шпиндели.

За вертикальным окалиноломателем широкополосных станов располагаются торцевая клеть. Они состоят из четырех валковой клети с вертикальными валками, которая прикреплена к станинам, соединенных траверсами, подушек с подшипниками, нажимного и уравновешивающего устройства продувок.

Раствор валков изменяют при помощи нажимных механизмов. Механизм состоит из двух винтовых пар. Гайки нажимного устройства закреплены в станинах рабочей клети, нажимные винты соединены со ступицей червячного колеса червячно-цилиндрического редуктора. Верхний опорный валок перемещается при помощи гидравлического цилиндра и системы тяги коромысел.

Чистовой окалиноломатель полосовых станов представляет собой двухвалковую клеть. Ее назначение — разрушение вторичной окалины. По конструкции он аналогичен первому окалиноломателю с горизонтальными валками, но обжатия дает значительно меньше. Между нажимными винтами и подшипниками верхнего валка чистового окалиноломателя установлены пружинные станины.

Рабочие клети чистовой группы по конструкции аналогичны клетям черновой группы. Подшипники рабочих валков четырехрядовые с коническими роликами, а опорные — жидкостного трения. Нажимной механизм и механизм управления такой же, как и на клетях черновой группы.

Для направления прокатываемого металла в валках применяют стальные ролики. Для поддержания прокатываемой полосы между клетями непрерывной группы и направления ее в следующую клеть служат линейки и рейкодержатели.

Крутящий момент от электродвигателя к рабочим валкам передается через валы, редукторы, шестерные клети и шпиндели. В непрерывной группе клетей редукторы не применяются.

Перед прокаткой в непрерывной группе клетей передние и задние концы раскатов отрезаются летучими ножницами.

Для транспортирования слябов к направляющим клетям и от направляющих устройств к рабочим клетям, а также для транспортировки полос к моталкам и листов к ножницам применяют рольганги.

Рольганг перед нагревательными печами называют разгрузочным; нагретые слябы вдаются на приемный рольганг, состоящий из секций по несколько роликов. Окалину с поверхности полосы удаляют с помощью гидросбивов. Эти устройства состоят из насосной станции, гидропневматического аккумулятора, сборного бака, системы клапанов и трубопровода. Требуемую температуру смотки полос всего диапазона толщины получить на отводящем рольганге при естественном охлаждении невозможно. Для ускорения охлаждения полос применяют душирующие установки.

После непрерывной группы клетей вся продукция сматывается на моталках. В связи с расширением ассортимента полос по толщине на широкополосных станах установлены две группы моталок.

После смотки рулоны попадают на транспортные устройства; конвейеры, приемники рулонов, весы, устройства для сматывания рулонов.

1.2 Назначение и устройство станка вальцетокарный калибровочный станок Станок вальцетокарный калибровочный специальный модели IК825Ф2 с цифровой индикацией и управлением (УЦИ) предназначен, согласно для обработки и калибровки наружных поверхностей прокатных валков в специальных калибровочных люнетах. На станке не предусматривается обработка деталей со смещенным центром тяжести относительно оси вращения типа эксцентриковых и коленчатых валов, конусных деталей с неуравновешенными массами.

Управление основными движениями станка (перемещение суппортов по осям X и Z) осуществляется от УЦИ. Операции, связанные с переключением ступеней главного привода, регулированием скорости вращения шпинделя и подач суппорта, перемещение и фиксация задней бабки, перемещение пиноли, установка и зажим изделия, установка люнеты, установка и зажим режущего инструмента на суппорте выполняются от органов управления, расположенных на этих сборочных единицах без учета УЦИ, то есть эти операции не программируются.

Обработка деталей может быть произведена в «ручном» режиме (УЦИ выполняет роль индикации) и «программном» (автоматическом) режиме по программе, заданной ручным вводом задания на пульт ввода УЦИ с управлением главным приводом и суппортами с помощью органов управления, расположенных на пульте суппортов.

Применение УЦИ К 525 повышает производительность труда в режиме индикации и преднабора, а в автоматическом режиме обработки по программе освобождает оператора от пользования универсальным мерительным инструментом, повышает точность работы и обработки деталей, а также снижает утомляемость рабочего-оператора, позволяет организовать бригадное и многостаночное обслуживание станка.

Станина станка выполнена с поперечными диагональными ребрами П-образного сечения обеспечивающими большую жесткость конструкции. На верхней постели станины имеются три призматических направляющих, из которых передняя и задняя являются базой каретки, а средняя — базой задней бабки. Внутри станины имеются накладные люки для отвода стружки и охлаждающей жидкости в сторону, противоположную рабочему месту.

Передняя бабка крепится к левой головной части станины болтами и фиксируется штифтами. Для повышения КПД и удобства обслуживания станка валики передней бабки вращаются в шариковых и роликовых подшипниках. Стальной шпиндель смонтирован на трех опорах качения передней и задней опорами служат специальные подшипники с радиальным зазором, двухрядные с короткими цилиндрическими роликами и конусным внутренним кольцом. Осевая нагрузка на шпиндель воспринимается шариковыми упорными подшипниками, находящимися у передней опоры шпинделя.

Задняя бабка крепится к станине при помощи двух прихватов тремя болтами. Задняя бабка имеет жесткую пиноль с встроенным вращающимся шпинделем, смонтированным на подшипниках качения. Для жесткой фиксации в осевом направлении задняя бабка имеет упор. Для установки центра задней бабки по оси станка на задних торцах корпуса и мостика нанесены риски.

Суппорт может перемещаться в продольном направлении вместе с кареткой по направляющим станины и в поперечном направлении вместе с поперечными салазками по направляющим на каретке.

Люнеты. Для обработки нежестких деталей станок снабжен неподвижной и подвижной люнетами. Подвижной люнет крепится на каретке и перемещается вдоль станка вместе с суппортной группой. Этот люнет поддерживает деталь возле резца. Неподвижный установлен на направляющих станины.

Фартук. Его механизм передает движение каретке и суппорту от ходового вала или ходового винта.

2. Специальная часть

2.1 Требования, предъявляемые к электроприводу станка Требования к электроприводам и системам управления станками определяются технологией обработки, конструктивными возможностями станка и режущего инструмента.

Основными технологическими требованиями являются обеспечение:

— самого широкого круга технологических режимов обработки с использованием современного режущего инструмента;

— максимальной производительности;

— наибольшей точности обработки;

— высокой чистоты обрабатываемой поверхности.

Удовлетворение всем этим и другим требованиям зависит от характеристик станка и режущего инструмента, мощности главного привода, и электромеханических свойств приводов подач и системы управления.

В современных станках с числовым программным управлением (ЧПУ) функции, выполняемые электроприводом главного движения, значительно усложнены. Помимо стабилизации частоты вращения, при силовых режимах резания требуются обеспечение режимов позиционирования шпинделя при автоматической смене инструмента, что неизбежно ведет к увеличению требуемого диапазона регулирования частоты вращения.

Требуемый технологический диапазон регулирования скорости шпинделя с постоянной мощностью по, равный 20 — 50 при двухступенчатой коробке скоростей, можно вполне обеспечить при электрическом регулировании скорости двигателя с постоянной мощностью в диапазоне 5:1 — 10:1, что вполне осуществимо при современных двигателях постоянного тока.

Стабильность работы привода характеризуется перепадом частоты вращения при изменении нагрузки, напряжении питающей сети, температуры окружающего воздуха и тому подобных.

Погрешность частоты вращения для главного привода вальцетокарного станка модели IК825Ф2 должна составлять не более:

— суммарная погрешность — 5%;

— погрешность при изменении нагрузки — 2%;

— погрешность при изменении направления вращения — 2%.

Коэффициент неравномерности, рассчитываемый как отношение разности максимальной и минимальной мгновенных частот к средней частоте вращения при холостом ходе привода, должен быть не более 0,1.

В современных станках динамические характеристики приводов главного движения по управлению прямым образом определяют производительность. При этом время пуска и торможения по не должно превышать 2,0 —4,0 с. При наличии зазоров в кинематической цепи главного привода перерегулирование приводит к дополнительным затратам времени на позиционирование, поэтому появляется необходимость обеспечения монотонного апериодического характера изменения скорости.

Динамические характеристики электропривода по нагрузке практически определяют точность и чистоту обработки изделия, а также стойкость инструмента. Устойчивый процесс резания при необходимой точности и чистоте поверхности возможен, если параметры настройки привода обеспечивают при набросе номинального момента нагрузки максимальный провал скорости не более 40% при времени восстановления, не превышающем 0,25с.

Отличительной особенностью главного привода станков с ЧПУ является необходимость применения реверсивного привода даже в тех случаях, когда по технологии обработки не требуется реверс. Требование обеспечения эффективного торможения и подтормаживания при снижении частоты вращения и режимов поддержания постоянной скорости резания приводит к необходимости применения реверсивного привода с целью получения нужного качества переходных процессов.

2.2 Технические данные станка Технические характеристики вальцетокарного калибровочного специального станка модели IК825Ф2 приведены в таблице 2.2.

Таблица 2.2 Технические характеристики вальцетокарного станка модели 1К825Ф2

На станках возможна обработка стальных или чугунных валков. Широкая техническая характеристика позволяет полностью использовать возможности как быстрорежущего, так и твердосплавного режущего инструмента.

На станкае можно производить следующие операции:

· обтачивание наружных цилиндрических поверхностей в центрах;

· обтачивание конусных и других профилей при помощи электрокопирования по шаблону;

· обтачивание конусной поверхности с отношением 1:5 комбинированной подачей переналадки суппортов;

· прорезание и доводку калибров на бочках валков, установленных в специальных калибровочных люнетах;

· зачистку шеек валков, не снимая их со станка.

Технологические возможности станков могут быть расширены путём применения накладных приспособлений фрезерного, шлифовального или накатного типа.

Широкие диапазоны чисел оборотов шпинделя и величин подач при бесступенчатом регулировании; повышенная мощность главных приводов; механизация зажима изделия и резцов на станках обдирочного типа; централизация и дистанционное управление передней бабкой с рабочего места; удобное обслуживание суппортов; снижение высоты центров станков над уровнем пола; механизация подъёма контрольного валка на станках доводочного типа обеспечивает высокую производительность станков.

Введение

централизованной смазки направляющих и механизмов узлов повышает их надёжность и долговечность.

Конструктивное подобие станков гаммы и наличие широкой унификации узлов и деталей способствует повышению качества сборки, ремонта и обслуживания станков у заказчика, а также лучшей организации изготовления запасных частей.

2.3 Расчет мощности и выбор двигателя главного привода

В электроприводах главного движения токарных станков согласно /1/ мощность электродвигателя определяется требуемой мощности резания. Для определения мощности резания согласно с /2/ определим скорость резания V и тангенциальную составляющую силы резания F_z для самого тяжелого варианта работы — для наружной черновой обработки валка диаметром 850 мм, изготовленного из конструкционной стали марки 60ХН резцами из быстрорежущей стали марки Т15К6.

где эмпирический коэффициент С_v = 280 /2/ стр. 367 таб. 17;

стойкость резца Т = 60 мин /3/ стр. 183;

глубина резания T = 10 мм /3/ стр. 183;

продольная подача S = 30 мм/об /тех. характеристики станка/;

эмпирические коэффициенты m = 0,2; x = 0,15; y = 0,45 /2/ стр. 367 таб.17;

поправочный коэффициент, учитывающий фактические условия резания K_v.

где коэффициент, учитывающий качество обрабатываемого материала K_mv;

коэффициент, отражающий состояние поверхности заготовки K_nv = 0,8 /2/ стр. 361 таб. 5;

коэффициент, учитывающий качество материала инструмента, используется резец марки Т15К6 K_иv = 1 /2/ стр. 361 таб. 6.

где коэффициент, зависящий от обрабатываемого материала и материала инструмента К_г = 1,75 /2/ стр. 259 таб. 2;

предел прочности обрабатываемого материала _В = 750 МПа;

показатель степени, зависящий от обрабатываемого материала и материала инструмента n_В = 1,75 /2/ стр. 359 таб. 2.

Подставляя значения в формулу (2.3) получим:

Из произведения (2.2) получаем:

Из выражения (2.1) получим:

Тогда, зная скорость резания V, определим тангенциальную составляющую силы резания F_z:

где эмпирический коэффициент C_p = 300 /2/ стр. 372 таб. 22;

эмпирические коэффициенты x=1; y=0,75; n=(-0,15) /2/ стр. 372 таб. 22;

К_р — поправочный коэффициент, учитывающий фактические условия резания.

где K_p, K_p, K_rp, K_p — поправочные коэффициенты, учитывающие влияние геометрических параметров режущей части инструмента на составляющие силы резания;

передний угол в плане = 12 — 15⁰ K_p = 1,15 /2/ стр. 374 таб.23;

угол наклона главного лезвия = 15⁰ K_p = 1 /2/ стр. 374 таб.23;

радиус при вершине r = 1 мм K_rp = 0,93 /2/ стр. 374 таб.23;

главный угол в плане = 45⁰ K_p = 1 /2/ стр. 374 таб.23;

где предел прочности обрабатываемого материала _В = 750 Мпа;

показатель степени, учитывающий влияние качества обрабатываемого материала на силовые зависимости n = 0,75 /2/ стр. 362 таб. 9;

Из выражения (2.9) получается:

Тогда, подставив значение (2.10) в (2.8), получим:

Подставив (11) в (7) получим:

Тогда, зная скорость V и тангенциальную составляющую силы резания F_z, определим требуемую мощность резания из /1/ стр. 242 выражение (7−4):

Далее находим угловую скорость двигателя, руководствуясь /3/ стр. 186 выражение (7.7):

где V — скорость резания, м/c. Из (2,6) V = 0,59 м/с;

i — передаточное отношение кинематической цепи от вала двигателя к шпинделю;

d — диаметр обработки, м.

Согласно выражению (2.14) получим:

Число оборотов двигателя определяется по формуле /10 / стр.126

На основе полученных данных выбирается двигатель марки 2ПН315L /5/ с характеристиками, приведенными в таблице 2.3.

Таблица 2.3 Характеристики выбранного двигателя

2.4 Расчет параметров тиристорного преобразователя

2.4.1 Расчет и выбор силового трансформатора Расчетное значение вторичной обмотки трансформатора, питающего тиристорный преобразователь, определяется по формуле /21/

где К_и — расчетный коэффициент, характеризующий отношений напряжений в реальном выпрямителе (таблица 2.4);

К_с — коэффициент запаса по напряжению, учитывающий возможное снижение напряжения сети обычно принимается равным 1,05 — 1,1;

К — коэффициент запаса, учитывающий неполное открывание вентилей при максимальном управляющем сигнале. Принимается равным 1,05−1,1;

К_R — коэффициент запаса по напряжению, учитывающий падение напряжения в обмотках трансформатора, вентиля и за счет перекрытия анодов. Принимается равным — 1,05;

U_dн — номинальное выпрямленное напряжение тиристорного преобразователя. Принимается равным номинальному напряжению двигателя.

Таблица 2.4 Значения расчетных токов для выбранной схемы

Из произведения (2.18) получим:

Расчетное значение тока вторичной обмотки трансформатора определяется по формуле:

где коэффициент схемы, характеризующий отношение токов в идеальном выпрямителе. Принимается К_I = 0,815;

коэффициент, учитывающий отклонение формы анодного тока вентилей от прямоугольной. Принимается К_i = 1,05;

I_dн — номинальный ток двигателя (таблица 2.2)

Действующее значение тока первичной обмотки:

Расчетная типовая мощность трансформатора:

где коэффициент схемы, характеризующий соотношение мощностей для идеального выпрямителя с нагрузкой на противоэдс.

Принимается К = 1,045;

На основании полученных данных выбирается силовой трансформатор, имеющий параметры приведенные в таблице 2.5.

Таблица 2.5 Параметры выбранного силового трансформатора

2.4.2 Выбор тиристоров преобразователя Среднее значение тока тиристора:

где коэффициент запаса по току с учетом увеличения тока двигателя в переходных режимах К_зi = 2;

коэффициент, учитывающий интенсивность охлаждения силового вентиля. К_ох = 1 (при принудительном охлаждении);

m_тр — число фаз трансформатора.

Максимальное значение обратного напряжения:

где коэффициент запаса по напряжению, учитывающий возможное повышение напряжения питания системы К_зн = 1,8;

U_2л — линейное напряжение вторичной обмотки трансформатора.

Выбор тиристора производится с учетом среднего значения тока через тиристор, максимального значения обратного напряжения и условий охлаждения. На основании полученных данных выбираются тиристоры с характеристиками, приведенными в таблице 2.6 /4/ стр. 8 таб. 4.

Таблица 2.6 характеристики выбранных тиристоров

2.4.3 Выбор сглаживающего дросселя Выбор сглаживающего дросселя производится из обеспечения непрерывного тока двигателя на всем диапазоне нагрузки от I_мин до I_н и изменения угла регулирования от _мин до = 90⁰, а также ограничения пульсаций тока до 2 — 5%.

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

где L_{d необх} — суммарная индуктивность якорной цепи;

U_п — действующее значение первой гармоники выпрямленного напряжения для соответствующего значения. Рисунок 2.1.

Рисунок 2.1 Графики для определения действующего значения первой гармоники выпрямленного напряжения

I_d min — минимальный ток преобразователя, равный (0,02−0,05) I_dн.;

L_дв — индуктивность якоря двигателя;

L_тр — индуктивность трансформатора;

L_сд — индуктивность сглаживающего дросселя;

_с — угловая частота питающей сети;

n_н — номинальная скорость вращения двигателя;

I₂ — номинальный ток вторичной обмотки трансформатора;

U_2ф — номинальное фазное напряжение вторичной обмотки трансформатора;

m — число фаз трансформатора;

К — конструктивный коэффициент для некомпенсированных машин К = 0,5−0,6. Для компенсированных К = 0,25.

где К_и = 0,428 (согласно таблице 2.4).

Подставляя полученное значение в произведение (2.33), получим:

Подставляя значения (2.37), (2.38), (2.39) в выражение (2.32), получим:

где число пар полюсов двигателя р = 4

Из выражения (2.43) получим:

Из выражения (2.33) выведем значение индуктивности сглаживающего реактора:

Исходя из полученных данных, выбирается реактор ФРОС-65/0,5 с номинальным током 250 А и индуктивностью 1,5 мГн с последовательным соединением обмоток.

2.4.4 Выбор предохранителей Для защиты полупроводниковых устройств преобразователя от токов короткого замыкания применяются предохранители, включенные последовательно с каждым вентилем, и выбираются из следующих соотношений:

где I_н пл — номинальный ток плавкой вставки предохранителя, А;

I_вн — номинальный ток вентиля, А;

U_пл — номинальное напряжение предохранителя, В;

U_с — напряжение сети, В Согласно 2.47: 250 = 250

Согласно 2.48: 380 = 380

Согласно /6/ выбираются предохранители типа ПБВ-1 с номинальным током вставки 250 А, на номинальное напряжение 380 В.

2.5 Расчет и выбор элементов защиты Параметры RC цепочки подключаемой параллельно каждому вентилю.

Емкость конденсатора:

где I_в макс — максимальное повторяющееся значение выпрямленного тока через вентиль, А;

U_в доп — допустимое обратное напряжение вентиля, В

Величина сопротивления включенного последовательно с конденсатором:

Параметры RC цепочки подключаемой параллельно вторичной обмотке трансформатора. Емкость конденсатора:

где U_2ф0 — вторичное фазное напряжение трансформатора, В;

I₂₀ — ток холостого хода трансформатора приведенного ко вторичной обмотке, А;

К_доп — коэффициент допустимого превышения обратного напряжения, эпизодически прикладываемого к вентилю. Принимается — 1,5.

Величина сопротивления включенного последовательно с конденсатором:

Ток в разрядных контурах

Мощность, рассеиваемая разрядным сопротивлением:

Напряжение конденсаторов:

На основании произведенных расчетов параметров RC цепочки выбираются конденсаторы типа БГТ емкостью 4,2 мкФ на напряжение 250 В и проволочные резисторы типа ОПЭВ-25 сопротивлением 24 Ом на напряжение 600 В для подключения параллельно вентилям и конденсаторы типа БГТ емкостью 8 мкФ на напряжение 250 в и резисторы типа ОПЭВ-10 сопротивлением 3 Ом на напряжение 600 В для подключения вторичной обмотке трансформатора.

2.6 Выбор основных ПРА Защита от перенапряжения и внешних коротких замыканий осуществляется быстродействующими автоматическими выключателями, которые устанавливают в якорной цепи двигателя, в анодных цепях выпрямителя и на вводе переменного тока вентильной схемы.

При установке автоматического выключателя на стороне переменного тока должно соблюдаться следующее условие:

I_н расц > К_н К_I К_i I_dн, А (2.66)

где коэффициент надежности учитывающий разброс характеристик автомата К_н = 1,2

Учитывая предыдущее соотношение, выбирается автоматический выключатель со следующими характеристиками (таблица 2.7).

Таблица 2.7 Характеристики выключателя, установленного на стороне переменного тока

При установке автоматического выключателя в цепи постоянного тока соблюдаются следующие условия:

I_н расц > К_н I_dн, А; I_{уст эм} > К_н I_п max, А где I_п max — максимальное значение силы тока преобразовательной установки в рабочем режиме.

Учитывая предыдущие соотношения, выбирается автоматический выключатель со следующими характеристиками (таблица 2.8).

Таблица 2.8 Характеристики выключателя, установленного в цепи постоянного тока

2.7 Составление и описание работы схемы управления во всех режимах На рисунке 2.2 представлена функциональная схема тиристорного электропривода ЭПУ1−2-4327Д.

Сокращения, принятые на рисунке 2.2

ЗС — задатчик скорости;

ЗИ — задатчик интенсивности;

БОШ — блок ориентации шпинделя;

РС — регулятор скорости;

УЗТ — узел зависимого токоограничения;

БЗ — блок защит;

РТ — регулятор тока;

НЗ — нелинейное звено;

ПХ — переключатель характеристик;

ДЕ — датчик ЭДС;

ЛУ — логического устройства;

РТВ — регулятор тока возбуждения;

ЗТВ — задатчик тока возбуждения;

РЕ — регулятор ЭДС;

ЗЕ — задатчик ЭДС;

СИФУ — система импульсно-фазового управления;

ВЯ — выпрямитель якорного тока;

ВВ — выпрямитель тока обмотки возбуждения;

ФИВ — формирователь импульсов возбудителя;

ТПЯ — якорный тиристорный преобразователь;

ТПВ — тиристорный преобразователь возбуждения;

ДН — датчик напряжения;

ДТ — датчик тока;

ТТЯ — трансформатор тока якоря;

ТТВ — трансформатор тока возбуждения;

БП — блок питания.

В состав электропривода входит:

блок управления;

электродвигатель;

трансформатор или сетевой (коммутационный или токоограничивающий) реактор;

сглаживающий реактор;

аппаратура защиты от коротких замыканий;

источник питания обмотки возбуждения;

блок ввода;

задатчик скорости технологический.

Основу сливой схемы якорных тиристорных преобразователей ТПЯ составляет 3-х фазная мостовая схема.

Цепи управления, силовая часть и источник питания обмотки возбуждения подключаются к сети либо индивидуальным коммутационным аппаратом, либо общим.

Подключение указанных цепей может производиться в любой последовательности. Кнопкой сброса S1 пользуются для повторного включения электропривода после срабатывания какой-либо защиты.

В данном случае применена защита от перенапряжений, возникающих при отключении трансформатора с применением конденсаторов и резисторов, подключенных во вторичной обмотке трансформатора (RC-цепи).

На рисунке приведена функциональная схема реверсивного быстродействующего привода.

Электропривод состоит из блока управления (преобразователя), электродвигателя постоянного тока М1 со встроенным тахогенератором BR1, блока предохранителей U1, задатчика скорости R_зс, пусковой аппаратуры (контакты «Работа», «Сброс», «Авария»).

Система регулирования электроприводом выполнена двухконтурной с ПИ-регулированием скорости РС и тока РТ с устройством линеаризации характеристик (УЛХ) в режиме прерывистого тока. УЛХ содержит нелинейное звено НЗ, которое подключается к выходу РТ и датчика ЭДС ДЕ. Связь по ЭДС по отношению к выходному сигналу НЗ является положительной.

Управление тиристорами ТПЯ производится от трехканальной СИФУ. Ввод управляющего сигнала в СИФУ, регулирование углов и их ограничение осуществляется с помощью переменных резисторов в управляющем органе СИФУ. Переключение импульсов управления в преобразователе ТПЯ производится блоком логического устройства ЛУ, которое работает в функции сигнала заданного направления тока и выходного сигнала датчика проводимости вентилей ДП. Сигнал заданного направления тока на вход ЛУ поступает с выхода нелинейного звена НЗ. При этом коэффициент передачи НЗ обратно пропорционален коэффициенту передачи ТПЯ.

Для согласования реверсивного сигнала НЗ с нереверсивной регулировочной характеристикой УО служит переключатель характеристик ПХ1, управляемый ЛУ. Аналогичный переключатель ПХ2 установлен в цепи датчика тока (ТПЯ, ВЯ).

На входе РС суммируются сигналы задания скорости с задатчика скорости (или с выхода задатчика интенсивности ЗИ) и обратной связи с тахогенератора BR1.

Контакт К1.1 служит для снятия задающего напряжения со входа РС при размыкании контакта «Р» — «Работа», при этом за счет обратной связи по скорости происходит торможение двигателя М1.

Токоограничение в данной системе регулирования обеспечивается за счет ограничения выходного напряжения регулятора РС. При этом исключение бросков тока осуществляется за счет ограничения выходного напряжения РТ. Узел зависимого токоограничения УЗТ обеспечивает снижение уставки токоограничения в функции скорости. Сигнал на вход УЗТ поступает с тахогенератора BR1 через делитель напряжения.

Блок защит осуществляет блокирование выхода регулятора РС и РТ, а также снятие управляющих импульсов при включении и срабатывании защит.

Блокирование выхода РС и РТ осуществляется ключами в функции изменения скорости тахогенератора и включения контакта «Работа»; при равенстве нулю сигналов задания скорости и тахогенератора выход РС шунтируется.

Кнопка S1 осуществляет установку триггеров защиты блока БЗ в начальной состояние, а контактом «Работа» осуществляется деблокирование РС и РТ. Контакт S2 осуществляет аварийное отключение.

При реверсировании сигнала U_з реверсируется сигнал на входе ЛУ. Ток в силовой цепи начинает спадать. Как только с выхода ДП на вход ЛУ поступит сигнал, разрешающий переключение, с выхода ЛУ поступит сигнал разрешения выдачи импульсов U_р в СИФУ.

Данный сигнал поступает на УО с БЗ и при срабатывании одной из защит.

Резисторы в цепи подключения тахогенератора к РС устанавливают такими, чтобы при задающем сигнале"10 В" обеспечивалась скорость двигателя n макс.

В электроприводе имеется устройство, выделяющее режим nn_мин, что необходимо в ряде случаев, например, для наложения тормоза на двигатель, когда его скорость снизится до минимальной величины.

Система регулирования напряжением якоря двигателя осуществляется задающим сигналом U_з с задатчика скорости ЗС поступающим на вход регулятора скорости РС через задатчик ЗИ разгона электропривода, который может регулировать длительность разгона электропривода до 10 с. кроме этого, имеется дополнительный вход «Вх.РС».

Вместо задатчика ЗС регулятор РС может подключаться к аналоговому выходу системы с ЧПУ.

Токоограничение в данной системе обеспечивается за счет ограничения выходного напряжения РС.

В целом система регулирования данного электропривода выполнена однозонной. Однако, в целях унификации с двухзонным приводом источник питания обмотки возбуждения выполнен регулируемым на тиристорном и диодном модулях. Это позволяет иметь регулирование и стабилизацию тока возбуждения двигателя без существенных затрат на систему управления. Такое решение, кроме стабилизации тока возбуждения, позволяет при необходимости осуществить регулирование скорости двигателя с ослаблением поля.

Система регулирования током возбуждения выполнена одноконтурной с ПИ-регулированием тока возбуждения РТВ.

Задающий сигнал I_вз на РТВ подается через задатчик тока возбуждения ЗТВ. Сигнал обратной связи по току поступает с задатчика тока возбуждения (ТТВ+ВВ). Оба указанных сигнала определяют номинальный ток возбуждения двигателя М1.

Управляющий сигнал с РТВ поступает на формирователь импульсов возбудителя ФИВ, где происходит его сравнение с пилообразным напряжением, поступающим с канала ФИ1 СИФУ якоря.

Узел скорости (УС) предназначен для выполнения соответствия скорости двигателя заданному значению. При достижении скорости заданного значения n=n_зад замыкается контакт реле К1, управляющий приводом подачи.

В пусковых режимах УС выдает «несоответствие», контакт реле К1 замкнут. Здесь не имеется узел, определяющий скорость меньше минимальной nn_мин. Узел необходим либо для наложения тормоза (как это описано выше), либо для безопасного переключения редуктора. Структура регулирования электроприводом аналогична однозонному электроприводу с тахогенератором. На вход датчика ДЕ поступают сигналы с ДН, пропорциональный напряжению на якоре двигателя, и с ПХ2, пропорциональный току якоря. Узел ПХ2 осуществляет преобразование нереверсивного сигнала ВЯ в реверсивный сигнал.

Датчик ДЕ настраивается таким образом, чтобы при застопоренном двигателе под нагрузкой среднее значение выходного сигнала ДЕ было равно нулю.

С целью обеспечения высокого быстродействия и универсальности для реверсивного двухзонного электропривода принята схема с реверсом тока якоря и нереверсивным однофазным возбудителем.

Канал регулирования потока и ЭДС двигателя содержит задатчик тока возбуждения ЗТВ, ПИ-регулятор тока возбуждения РТВ, ПИ-регулятор ЭДС РЕ с задатчиком ЭДС (ЗЕ). На входе РЕ сравниваются сигнал задания ЭДС Е_зад и обратной связи по напряжению двигателя. Последний образуется выпрямлением при помощи выпрямителя В2 выходного сигнала ДН. Электропривод выполнен по зависимому от напряжения на якоре принципу регулирования скорости. Предусмотрена возможность введения связи с ДЕ (вместо ДН) на вход РЕ.

Данный привод обеспечивает работу двигателя в первой зоне при постоянном магнитном потоке и во второй зоне регулирования при постоянной мощности двигателя.

Узел зависимого токоограничения УЗТ действует в функции напряжения тахогенератора поступающего на вход узла через делитель напряжения и уменьшает уставку токоограничения для улучшения коммутации двигателя в режиме ослабления поля.

Узел соответствия предназначен для выявления соответствия скорости двигателя заданному значению. При достижении скорости заданного значения замыкаются контакт реле К1, управляющий приводом подач.

В электроприводе предусмотрено применение блока ориентации шпинделя (БОШ), который выполняется моноблоком.

3. Организационная часть

3.1 Организация капитального ремонта электродвигателя Электрооборудование ремонтируют по принятой схеме планово-предупредительного ремонта машин. Все электрические машины подразделяют на группы по их общности (постоянного или переменного тока), мощности, частоте вращения, исполнению и длительности межремонтного цикла.

Капитальный ремонт — это ремонт, выполняемый для восстановления исправности и полного или близкого к полному восстановлению ресурса электрооборудования с заменой или восстановлением любых его частей, включая базовые. Это наибольший по объему и сложности вид ремонта, целью которого является восстановление всех номинальных характеристик и параметров электрооборудования с обеспечением его работоспособности до очередного капитального ремонта.

В капитальный ремонт принимают комплектные электрические машины, т. е. машины, имеющие все основные узлы и детали, включая статорную обмотку, шкивы, муфты и другие соединительные и передаточные детали демонтирует заказчик. Не принимаются в капитальные ремонт раскомплектованные изделия, машины с разбитым корпусом или щитами, со значительными повреждениями активной стали, а также машины, у которых нет более двух лап.

В процессе ремонта машин производятся промежуточные испытания витковой и корпусной изоляции обмоток. все электрические машины после ремонта подвергают приемосдаточным испытаниям на соответствие ее технических показателей и параметров, требованиям, регламентированным ГОСТами и техническими условиями на капитальный ремонт. Ресурс отремонтированных машин в большинстве случаев равен ресурсу новых машин.

При капитальном ремонте производится полная разборка электрооборудования, восстановление или замена изношенных деталей и узлов, регулировка, наладка и испытания в полном объеме.

Замена обмоток электрической машины производится только в том случае, если обмотка имеет повреждения или не выдержала испытания согласно соответствующему ГОСТ для нового электрооборудования.

В зависимости от формы организации ремонта капитальный ремонт производится в электроремонтных цехах предприятий или специализированных ремонтных организациях, а нетранспортабельного электрооборудования — на месте установки силами электроремонтного цеха или специализированной организации.

Капитальный ремонт с заменой обмоток электрических машин в годовой номенклатурный план ремонта электрооборудования не включается и производится при необходимости замены вышедшей из строя обмотки.

Основаниями для планирования ремонтных работ на предприятиях являются:

· годовой план текущих и капитальных ремонтов технологического оборудования;

· месячные планы и графики ремонта технологического оборудования, агрегатов и механизмов;

· ремонтные ведомости;

· сметы на капитальный ремонт и модернизацию электрооборудования.

Выбор формы организации электроремонтных служб зависит от характера производства, парка электрооборудования, расположения предприятий по отношению к централизованным ремонтным базам.

Внутризаводскую централизованную форму организации ремонта рекомендуется применять на предприятиях отрасли, где установлено более 20 тысяч электрических маши, и на предприятиях, территориально удаленных (более 500 км) от районов средоточения объектов черной металлургии.

Внутризаводская централизованная форма организации ремонтных работ предусматривает выполнение всех работ по капитальному, среднему и текущему ремонту электрооборудования собственными электроремонтными цехами. На крупных металлургических комбинатах и заводах с количеством электрических машин более 30 тысяч, кроме основного электроремонтного цеха, могут быть созданы кустовые электроремонтные цехи. Для ремонта и модернизации крупных металлургических агрегатов, могут привлекаться сторонние ремонтные организации.

Началом ремонта для действующего электрооборудования считается момент отключения от сети, а для оборудования, находящегося в резерве, выдача наряда-допуска для производства ремонта.

Окончанием ремонта считается момент включения оборудования в сеть для нормальной эксплуатации или вывод его в резерв после испытания.

Доставка электрических машин в ремонт и из ремонта должна производиться транспортом электроремонтных цехов. Цех-заказчик обязан своевременно и правильно оформить всю необходимую документацию для передачи в ремонт и обеспечить погрузку с помощью грузоподъемных машин на транспорт электроремонтного цеха.

Передача электрооборудования из ремонта производится путем оформления одного из следующих документов:

· ремонтной карты;

· ремонтной ведомости;

· акта приемки отремонтированных и модернизированных объектов.

Включение в работу отремонтированного оборудования осуществляет персонал цеха-заказчика после оформления документов, указанных выше.

Окончательная оценка качества ремонта производится после 72 часов работы электрооборудования.

При капитальном ремонте электродвигателя производятся следующие операции:

Внешний осмотр и прослушивание шума работы; при необходимости — определение вида и причины дефекта; чистка от пыли и грязи;

проверка показаний измерительных приборов, теплового состояния контактных соединений, работы подшипников;

устранение мелких дефектов;

контроль состояния заземления;

проверка надежности крепления и подтяжка всего крепежа электрической машины, проверка исправности заземления, равномерности воздушного зазора между статором и ротором, исправности работы вентиляции и охлаждения, правильности подбора плавких вставок;

зачистка контактных колец или коллектора;

регулировка щеточных колец или коллектора;

регулировка и крепление траверз;

восстановление изоляции перемычек и вводных концов; смена или добавление при необходимости смазки в подшипники;

проверка плотности посадки и состояния полумуфты на валу электрической машины;

диагностика работоспособности всех основных узлов;

измерение сопротивления изоляции обмоток мегомметром;

полная разборка электрической машины с устранением повреждений обмотки без ее замены;

промывка узлов и деталей;

замена неисправных пазовых клиньев и изоляционных втулок;

мойка, протирка и сушка обмоток;

двойная сушка и пропитка изоляционным лаком;

покрытие обмоток эмалями;

проверка исправности и крепление вентилятора;

проточка шеек вала после наплавки и ремонт беличьей клетки;

проверка и выверка зазоров;

смена фланцевых прокладок;

при необходимости заварка проточка заточек щитов электрической машины;

проточка и шлифовка контактных колец;

ремонт и регулировка щеточных механизмов;

проточка коллектора и его обработка;

промывка подшипников качения и закладка в них смазки;

промывка подшипников скольжения и при необходимости перезаливка вкладышей подшипников и ли их шабровка;

частичная пропайка «петушков»;

испытание изоляции обмоток повышенным напряжением;

балансировка ротора;

сборка электрической машины и испытание в соответствии с ГОСТ;

полная и частичная замена обмоток или их ремонт с последующей двукратной пропиткой;

правка, проточка шеек или замена вала ротора;

ремонт или изготовление подшипниковых щитов и фланцев;

переборка контактных колей или коллектора;

полная пропайка петушков;

замена вентиляторов и крепежных деталей;

проверка крепления активного железа на валу и в статоре и его ремонт;

чистка, сборка, окраска электрической машины и испытание в соответствии с ГОСТ для новых машин.

4. Экономика производства

4.1 Технико-экономическое обоснование выбора системы электропривода вальцетокарного станка Для сравнения берем двигатель 2ПН300L. Серия 2П уже снята с производства. Питание двигателя 2ПН300L производится от комплектного тиристорного преобразователя серии КТЭУ 400/220−3 222.

Проектируемый электропривод в сравнении с базовым имеет следующие преимущества:

— преобразователь серии ЭПУ1−2-4347Д-УХЛ4 выполнен на базе новых элементов и имеет большую надежность и более высокое быстродействие, чем преобразователь серии КТЭУ 400/220−3 222;

— мощность проектируемого двигателя меньше мощности базового двигателя;

— соответственно снижены мощность тиристорного преобразователя;

— меньшая мощность тиристорного преобразователя и относительно улучшенная схема подключения вентилей уменьшают влияние коммутационных токов тиристоров на сеть;

— использование реверсивного тиристорного преобразователя позволяет осуществлять тормозные режимы с рекуперацией энергии в сеть, для чего в нереверсивных тиристорных преобразователях необходим еще один преобразователь.

В состав капитальных затрат по каждому варианту входит:

— стоимость нового оборудования системы;

— стоимость резерва, если он предусмотрен;

— стоимость строительно-монтажных работ по установке и монтажу электрооборудования, в том числе и заработная плата;

— транспортные расходы по доставке оборудования;

— стоимость занимаемой площади здания;

— заготовительно-складские расходы.

Расчет капитальных вложений для базового варианта произведен в таблице 4.1.

Различие в суммах капитальных вложений объясняется разницей в стоимости оборудования.

Смета на электрооборудование базового варианта приведена в таблице 4.1.

Таблица 4.1 Смета на электрооборудование базового варианта

Годовые эксплуатационные расходы © систем электропривода определяются по выражению:

где С_а — ежегодные амортизационные отчисления, руб.

С_{р. о.} — годовые расходы на обслуживание и ремонт, руб.

С_э — стоимость годовых потерь электроэнергии, руб.

Ежегодные амортизационные отчисления определяются по формуле:

где N_а — норма амортизации на основные элементы электропривода /15/ таблица 13;

К — стоимость капитальных затрат согласно составленной сметы.

Согласно /15/ таблица 13 принимаем норму амортизационных отчислений для двигателя равную 8,1%, для тиристорного преобразователя — 10%. Тогда амортизационные отчисления по базовому варианту:

Подставляя полученное значение в (4.2) получим:

Годовые расходы на обслуживание и ремонт определяются по выражению:

где, а — нормативный коэффициент отчисления на обслуживание и ремонт /15/ таблица 14 принимаются 27,9 — для двигателя и 3 — для тиристорного преобразователя.

Р_ном — номинальная мощность отдельных элементов привода, кВт.

Согласно /15/ таб. 14 принимается, а = 27,9 для двигателя и, а = 3 для тиристорного преобразователя.

Стоимость годовых потерь электроэнергии в элементах схемы привода определяется по формуле:

где Р — потери мощности в системе тиристорный преобразователь — двигатель, кВт;

Т_г — годовое число часов работы электрооборудования (для трехсменной работы принимаем 8000 часов);