Bài tập lớn máy cán nóng thuận nghịch

Bài tập lớn được chia làm 3 chương: Chương 1 : Tổng quan về máy CNQTN Chương 2 : Phân tích sơ đồ truyền động nhóm máy CNQTN Chương 3 : Đánh giá phân tích vai trò của máy CNQTN trong công

LỜI MỞ ĐẦU

Ngày nay trong các lĩnh vực sản xuất của nền kinh tế quốc dân, cơ khí hóa có liên quan chặt chẽ đến điện khí hóa và tự động hóa Hai yếu tố sau cho phép đơn giản kết cấu cơ khí của máy sản suất, tăng năng suất lao động, nâng cao chất lượng của quá trình sản xuất và giảm nhẹ cường độ lao động

Trong bài tập lớn này chúng em tìm hiểu về “Máy cán nóng quay thuận nghịch” với các đặc điểm công nghệ, phân tích các quá trình mở máy, hãm,

dừng, đảo chiều và qua đó đánh giá vai trò của máy cán trong công nghiệp

Bài tập lớn được chia làm 3 chương:

Chương 1 : Tổng quan về máy CNQTN

Chương 2 : Phân tích sơ đồ truyền động nhóm máy CNQTN

Chương 3 : Đánh giá phân tích vai trò của máy CNQTN trong công nghiệpTrong quá trình làm bài tập lớn còn nhiều thiếu sót mong thầy cô và các bạn đóng góp ý kiến để bài tập lớn hoàn thiện hơn

Em xin chân thành cảm ơn

Sinh viên thực hiện

Đỗ Thị Hương

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ MÁY CÁN NÓNG QUAY THUẬN NGHỊCH

1.1.Đặc điểm công nghệ

Máy cán nóng quay thuận nghịch CNQTN (hay máy cán nóng đảo chiều) dùng

để cán đi cán lại nhiều lần một phôi gia công đã được nung nóng Sau mỗi lần cán, động cơ kéo trục cán phải đảo chiều quay để cán lần tiếp theo

Một máy cán thường có các bộ phận chính sau:

+ Hộp cán: gồm hai trục cán 9 (h1.1a) hoặc nhiều trục cán 10, 11…

(h1.1.d), gối trục đặt trên thân máy 12 (h1.1a và 1.1d) Trục cán trên thường được gọi là trục cán động có thể dịch chuyển theo phương thẳng đứng và được định vị bằng thiết bị kẹp trục, còn trục cán dưới là trục cán cố định

+ Cơ cấu và thiết bị truyền lực: có thể khác nhau tuỳ theo chức năng và cấu tạo của từng loại máy cán

Ở những máy cán công suất lớn (cán thô, cán thép tấm dày) và các máy cán

có tốc độ cao, thì hai trục cán được truyền động riêng rẽ từ hai động cơ riêng rẽ 3 (h1.1a và 1.1b) Ở những máy cán khác, truyền động quay trục cán do một động

cơ 9 đảm nhận gọi là truyền động nhóm thông qua hộp bánh răng có cùng đường kính với tỷ số truyền i = 1

Giữa động cơ truyền động 3 và hộp bánh răng 4 có đặt hộp tốc độ để phối hợp tốc độ giữa động cơ truyền động và tốc độ của trục cán phù hợp theo yêu cầu công nghệ

+ Động cơ truyền động: để truyền động trục cán dùng động cơ điện một chiều Trong tổ hợp máy CNQTN, ngoài các hộp cán, còn có các thiết phụ như : các băng lăn, dao cắt xe trở phôi, máy lật v.v…

Hình 1.1: Cấu tạo của máy cán

Máy CNQTN có nhiều kiểu, loại, kết cấu khác nhau nhưng điều kiện làm việc của hệ truyền động là giống nhau Trước mỗi lần cán, máy cán được tăng tốc không tải Tới một tốc độ nhất định thì bắt đầu ngoạm phôi và quá trình cán bắt đầu Tốc

độ ngoạm phôi tương đối nhỏ (cỡ 15 30÷ % tốc độ cực đại ωmax

của lần cán tương ứng) để ngoạm phôi tin cậy và giảm va đập giữa phôi và trục cán lúc ngoạm Sau khi đã ngoạm phôi, máy cần giảm tốc để tránh phôi văng quá xa khỏi hộp cán, mất thời gian quay phôi lại để cán tiếp, giảm năng suất máy Sau khi đảo chiều quay máy tiếp tục cán theo quy trình tương tự

1.2.Đặc tính phụ tải

1.2.1.Điều kiện để trục cán ngoạm được phôi

Trục cán ngoạm phôi và cán ép được là nhờ lực ma sát tiếp xúc xuất hiện tren cung ngoạm AB khi trục quay Nhưng ngoài lực kéo vào do trục cán gây ra còn có lực đẩy ra Nếu lực đẩy lớn hơn lực kéo thì trục cán không ngoạm được phôi

để khắc phục lực quán tính, tạo gia tốc.

Mômen động xuất hiện khi thực hiện đảo chiều quay và điều chỉnh tốc độ

Hình 1.3: Sơ đồ tính toán mômen cán

Mômen hữu ích được tính dựa vào áp lực trên trục cán.Nếu coi biến dạng phôi như nhau ở hai phía của trục cán (α

1 = α2) như hình 1.3, từ đó ta có:

Lực tác dụng: P

1 = P2 = PCánh tay đòn đặt lực: a

1 = a2 = a, lúc đó mômen tác dụng lên trục cán 1 là:

M1

= P.a = PΨ.l

Trong đó:

al

Ψ =

là tỷ số cánh tay đòn đặt lực trên chiều dài của cung ngoạm

Ψ = 0,5 đối với phương pháp cán nóng

Ta có:

M

1 = Ptb.Btb.Ψ.R.∆hMômen truyền động cho cả hai trục cán:

M

hi = 2Ptb.Btb.Ψ.R.∆hMômen ma sát được tính theo biểu thức:

η - hiệu suất của cơ cấu truyền lực

- Mômen không tải:

9,55 dt

=

Trong đó: J - mômen quán tính của hệ truyền động [kgm

2] [ ]ω

- rad/s [n]- vg/ph

• Phương pháp suất tiêu hao năng lượng

Phương pháp này thực chất là phương pháp tính mômen truyền động trục cán theo suất tiêu hao năng lượng trên một đơn vị khối lượng sản phẩm

Phương pháp STHNL là phương pháp dùng đương cong STHNL xây dựng từ thực nghiệm Đường này năng lượng tiêu hao trên một đơn vị khối lượng sản phẩm theo độ dài kéo hay chiều dài phôi các lần cán

Hình 1.4: Đường cong STHNL

Đường cong STHNL có dạng như hình 1.4.Thường nó biểu thị quan hệ W f ( )= λTheo độ dài kéo hay theo tiết diện phôi.

Độ dài kéo phụ lúc ban đầu:

o tk

FF

λ =

Trong đó:

F: tiết diện phôi ứng với đường cong thực nghiệm

Ftk: tiết diện phôi ở máy thiết kế

Sau đó từ λo

xác định Worồi tịnh tiến gốc tọa độ về điểm (λo,Wo)

Từ tọa độ này, tiến hành xác định STHNL cho các lần cán cụ thể của máy đang thiết kế

Mômen cán cho lần cán đang tính là:

7

M M= +M =1, 4.10 W.F.D∆Trong đó:

F – tiết diện phôi ở lần cán đang tính [mm2]

D - đường kính trục làm việc [mm2]W

∆

- hiệu STHNL của lần cán đang tính và lần cán trước đó

1.3.Yêu cầu truyền động

Trong máy cán nóng quay thuận nghịch thường sử dụng hai phương pháp truyền động

- Truyền động nhóm: là dùng một động cơ truyền động quay hai trục cán nhờ hộp bánh răng Ưu điểm của phương pháp này là sơ đồ điều khiển đơn giản, nhưng

sơ đồ động học phức tạp, kích thước của hai trục cán yêu cầu phải như nhau

- Truyền động riêng rẽ: phương pháp này có ưu điểm là: sơ đồ động học đơn giản, kích thước của hai trục cán không yêu cầu giống nhau, nhưng sơ đồ nguyên

lý điện phức tạp, cần đến hai động cơ, mỗi động cơ truyền động một trục riêng biệt

Động cơ truyền động trục cán làm việc ở chế độ rất nặng nề: đặc trưng bởi tần số đóng cắt điện lớn (có máy đạt 1500 lần/ giờ) và luôn làm việc ở trạng thái quá tải, lúc ngoạm phôi, mômen của động cơ truyền động có thể đạt tới (2,5 ÷ 3) M

đm.Từ

những đặc điểm trên, ta có thể đưa ra những yêu cầu chính cho hệ truyền động trục cán của máy cán thép như sau:

- Dải điều chỉnh tốc độ rộng 10 1÷

- Tần số đóng cắt lớn

- Mômen quán tính nhỏ để đảm bảo thời gian quá độ ngắn, do đó giảm tổn hao quá

độ và đảm bảo năng suất máy

- Chịu được phụ tải xung lớn khi ngoạm phôi

- Có hệ số quá tải về mômen lớn (

3 3,5

M

λ = ÷

) và về dòng lớn để tăng tốc nhanh sau khi đã ngoạm phôi mà không quá chuẩn quy định

- Hệ làm việc tin cậy, kinh tế…

Với hộp cán truyền động các trục bằng các động cơ riêng thì cần đảm bảo điều chỉnh quan hệ giữa tốc độ các trục cán trên và dưới cũng như việc cân bằng tải giữa các động cơ

Yêu cầu đòi hỏi các sơ đồ cấp điện kích từ có đảo chiều (từ thông) là thời gian quá độ tối thiểu Thời gian này phụ thuộc vào hằng số thời gian của của cuộn kích

từ và giá trị hệ số cưỡng bức kcb:

Ubdmax

k =cb

UktdmTrong đó: Ubdmax

- điện áp cực đại của bộ biến đổi

Uktdm

- điện áp định mức của cuộn kích từ

1.3.Tính chọn công suất cho động cơ truyền động chính máy CNQTN

Khi tính công suất cho động cơ truyền động chính máy CNQTN, cần được biết chương trình cán và năng suất cán

Chương trình cán cho biết số lần cán, kích thước phôi sau và trước mỗi lần cán,

sự phân bố lực ép ở mỗi lần cán, thứ tự lật phôi, nhiệt độ phôi, đường kính trục cán dùng trong chương trình cán

Với các phôi hình dáng khác nhau ứng với các chương trình cán khác nhau thì cần tính công suất cho từng chương trình rồi chọn động cơ theo công suất lớn nhất

Để tính công suất động cơ phải xây dựng đồ thị tốc độ, từ đó xây dựng đồ thị phụ tải để tính dòng điện trung bình toàn phương Itb Kết quả sẽ được so sánh với dòng định mức Idm của động cơ chọn sơ bộ Nếu Itb >Idm

thì phải chọn động cơ khác hoặc thay đổi lại chương trình cán theo hướng giảm lực ép và tăng số lần cán

Đồ thị tốc độ cho một lần cán có dạng như sau:

Hình 1.5: Các dạng đồ thị tốc độ và mômen của máy CNQTN

1.3.1.Tốc độ ngoạm phôi

Khi tốc độ ngoạm phôi thấp, động cơ sẽ bị phát nóng nhanh Ngoài ra tốc độ cán trung bình giảm và làm giảm năng suất máy Khi tốc độ ngoạm lớn, động cơ sẽ chịu xung lực lớn và hệ số ma sát lúc ngoạm giảm Tốc độ ngoạm lớn sẽ tăng tốc độ cán trung bình lên Hợp lý nhất là chọn tốc độ ngoạm ở các lần cán từ đầu đến cuối là

Hợp lý là n 10 45= ÷ vg/ph Nhưng thường thấp hơn chút ít so với tốc độ ngoạm của cùng lần cán Lần ra phôi của lần cán cuối cùng thường có tốc độ lớn vì phôi không cần quay lại hộp cán nữa.

Với truyền động riêng lẻ: a (70 100)vg / ph / s= ÷

Giảm tốc thương có trị số lớn hơn:

L – chiều dài phôi sau lần cán tương ứng [mm];

D – đường kính trục cán [mm]

[n] – vg/ph; [a, b] – vg/ph/s

1.3.5.Các khoảng thời gian

Thời gian gia tốc khi chưa ngoạm phôi:

n 1

Thời gian gia tốc sau khi ngoạm phôi để tăng tốc độ từ tốc độ cơ bản (ncb) lên tốc

độ cán cực đại

, cd

n (

,

a

- gia tốc khi giảm từ thông (thường a’< a)

Thời gian giảm tốc lúc còn phôi:

Thường lấy tn = ÷(2 3,5)s

.Thời gian nghỉ giữa hai phôi cán tùy thuộc vào thời gian mà cơ cấu ép trục di chuyển từ vị trí thấp nhất lên vị trí cao nhất Thường lấy tn.2 = ÷(4 6)s

1.3.6.Đồ thị mômen

Trường hợp tổng quát, mômen truyền động Mtd gồm mômen cản tĩnh khi cán

mở máy), ngược chiều với Mc(lúc hãm máy) và có trị số tương ứng là:

d

JaM

9,55

=

[kNm] (lúc hãm máy)Trong đó:

J – mômen quán tính toàn phần của hệ truyền động, bao gồm động cơ,

máy cán và phôi cán

J J= +J +J

[T.m2] [a,b] – vg/ph/s

Sau khi tính mômen truyền động đẳng trị Mtddt cho tất cả các lần cán của 1 phôi, xác định tiếp mômen động cơ:

M =M +MCuối cùng so sánh với mômen động cơ đã chọn sơ bộ

CHƯƠNG 2 PHÂN TÍCH SƠ ĐỒ TRUYỀN ĐỘNG NHÓM MÁY CNQTN

2.1.Phân tích sơ đồ

Hình 3.1: Sơ đồ truyền động nhóm máy CNQTN

2.1.1.Mạch lực

Hệ truyền động F-Đ

Động cơ điện trong truyền động chính là động cơ điện một chiều Đ (1) được cấp nguồn từ hai máy phát 1F(3) và 2F(4) nối song song nhau Cuộn kích từ của hai máy phát KT1F(5) và KT2F(5) được cấp nguồn từ máy kích từ FKF(6) Cuộn kích

từ của máy phát KTFKF(14) được cấp nguồn từ máy điện khuếch đại từ ngang MĐKĐF(14)

• Phương pháp điều chỉnh tốc độ (2 phương pháp):

- Vùng dưới tốc độ cơ bản (ω

đm) nhờ thay đổi điện áp đặt vào phần ứng động

cơ, hay chính là điều chỉnh điện áp của hai máy phát 1F, 2F qua máy phát kích thích FKF được cấp điện từ cuộn kích từ của MĐKĐF

- Vùng trên tốc độ cơ bản (ω>ω

đm

) Thực hiện bằng cách giảm từ thông kích từ của động cơ

Quá trình điều chỉnh tốc độ ở hai vùng tiến hành không đồng thời và không phụ

thuộc lẫn nhau

• Phương pháp đảo chiều

Động cơ được đảo chiều nhờ đảo chiều cực tính điện áp cấp cho cuộn AKĐF của MĐKĐF

IKTFKF± → φ ± →F EF± →UDm→ ω ↑↓D

• Các loại động cơ

- Động cơ Đ (1): là động cơ một chiều làm nhiệm vụ truyền động chính

- Máy phát 1F, 2F (3,4) cấp điện cho động cơ

- Máy phát kích thích FKF (6): cấp nguồn cho 2 cuộn kích từ KT1F, KT2F

- Máy điện khuếch đại MĐKĐF (14): cấp điện cho cuộn kích từ của máy phát KTFKF(14) Có các cuộn kích từ sau:

+AKĐF(15) cuộn điện áp thực hiện chức năng đảo chiều quay của động

cơ bằng hai công tắc tơ 1N(15) và 1T(15)

+CĐKĐF(9) là cuộn chủ đạo đồng thời là cuộn phản hồi âm điện áp có ngắt.+MKĐF (6) cuộn phản hồi mềm điện áp máy phát 1F, 2F

+DKĐF (18) cuộn dòng điện, nằm trong bộ hạn chế dòng điện

- Khuếch đại từ nằm trong hệ thống kích từ máy phát KĐTF (11) Nó có 2 cuộn điều khiển:

+ CĐKĐTF (13): cuộn chủ đạo

+AKĐTF (12): cuộn dịch chuyển

-Máy điện khuếch đại trong nhóm động cơ MĐKĐĐ (21): cấp điện kích từ cho FKĐ (23) Có 4 cuộn dây kích từ:

+ CĐKĐĐ (25) : cuộn chủ đạo

+ MKĐĐ (27) : cuộn phản hồi mềm dòng kích từ động cơ

+ AKĐĐ (22) : cuộn điện áp

+ DKĐĐ (18) : cuộn dòng điện, nằm trong bộ hạn chế dòng điện

-KĐTĐ (19) Khuếch đại từ nằm trong hệ thống kích từ của động cơ, tạo ra điện

áp so sánh cho bộ hạn chế dòng động cơ Nó có 2 cuộn điều khiển:

+ AKĐTĐ (20) : cuộn chủ đạo

1- T: điều khiển quay thuận

+ 4 tiếp điểm thường mở 1T, 1 tiếp điểm thường mở 2T

+ 1 tiếp điểm thường đóng 1T và 2T

2- N: điều khiển quay ngược

+ 4 tiếp điểm thường mở 1N, 1 tiếp điểm thường mở 2N

+ 1 tiếp điểm thường đóng 1N và 2N

3- KH: tiếp điểm bảo vệ

+2 tiếp điểm thường mở

+1 tiếp điểm thường đóng

4- KT

+ 3tiếp điểm thường mở

+ 3 tiếp điểm thường đóng

5- KN

+ 3tiếp điểm thường mở

+ 3 tiếp điểm thường đóng

+ 1tiếp điểm thường mở

+ 1 tiếp điểm thường đóng

- Tín hiệu liên động

KC: tay quay chọn chế độ làm việc

2.2 Thuyết minh sơ đồ

2.2.1 Quá trình khởi động quay thuận

Động cơ truyền động Đ được thực hiện bằng bộ khống chế chỉ huy KC Mạch chỉ hoạt động được khi các tiếp điểm bảo vệ đã được đóng kín Khi KC ở vị trí“0”, công tắc KH(12) = 1 → KH(13) = 1 [duy trì] → KH(14) = 1 (cấp nguồn cho các dòng 14 ÷ 21)

Đ quay ¬

+ 1F, 2F ¬

+ FKF ¬

+ MĐKĐF1T KH.1N

Quay bộ khống chế chỉ huy KC lần lượt từ “0” đến vị trí “3” sang bên phải tương ứng với chiều quay thuận

KC 4

2Y(19)3Y(21)KT(27)

−



→− →

quá trình hãm ngược kết thúc

2.2.3 Quá trình đảo chiều

Khi quay bộ khống chế KC = 6 (quay thuận) KC = 6 (quay ngược) KN = 1 →dòng trong cuộn áp AKĐF đảo chiều →

IKTFKF (14) đảo chiều →

UF đảo chiều sự tăng UF và giảm φ

Đ xảy ra đồng thời nên dòng Ihãm rất lớn →

Sau đó UF giảm nhanh về 0 và tiếp tục tăng theo hướng ngược lại Khi đạt 80%

Uđm →

+ RA→

-4Y →

động cơ tiếp tục tăng tốc đến ω

Đlv về phía ngược lại do

φ

Đ↓

CHƯƠNG 3 ĐÁNH GIÁ PHÂN TÍCH ỨNG DỤNG CỦA MÁY CNQTN TRONG

CÔNG NGHIỆP

3.1 Các sơ đồ truyền động khác của máy CNQTN(sơ đồ truyền động riêng rẽ)

Hình 3.1: Sơ đồ truyền động riêng rẽ

• Phân tích

Sử dụng hệ truyền động F-Đ Việc cấp điện cho 2 động cơ dùng 2 máy phát riêng

rẽ 1F, 2F

Mạch động lực

+ Máy điện khuếch đại cân bằng KĐCBT dùng để điểu chỉnh quan hệ tốc độ của hai động cơ 1Đ, 2Đ Máy này có 2 cuộn dây kích từ:

- MKĐF (12) : cuộn phản hồi mềm điện áp máy phát 1F và 2F

+ Máy điện khuếch đại cân bằng KĐCBĐ để cân bằng dòng kích từ của 2 động cơ 1Đ và 2Đ Có 2 cuộn dây kích từ được nối qua cầu chỉnh lưu để đảm bảo sđđ giữ nguyên chiều trong quá trình máy đảo chiều:

- Cầu 2, gồm CKT1F, CKT2F, 4R và (3R+5R) Đường chéo của cầu này là cuộn phản hồi mềm MKĐF (12) của MĐKĐF (22) để hạn chế sự tăng cưỡng bức của UF dựa trên sự so sánh với Uss trên điện trở (17)

+ Hệ thống kích từ động cơ

Để cân bằng phụ tải, dùng 1 bộ phận cân bằng làm việc do sự thay đổi dòng kích

từ động cơ Máy điện khuếch đại cân bằng KĐCBĐ (35) nằm trên đường chéo của cầu cân bằng có 4 nhánh là 6R, 7R, KTFK2Đ, KTFK1Đ Khi phụ tải không cân bằng thì KĐCBĐ phát điện áp mà cực tính có chiều để dòng điện cân bằng tăng

cường dòng kích từ của máy phát kích cho động cơ đang nặng tải và giảm kích từ của máy phát kích cho động cơ đang nhẹ tải.

3.2 Những ứng dụng thực tế trong công nghiệp

3.2.1 Vai trò

Máy CNQTN có ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp cán thép, dùng để cán thô các phôi nung nóng Ở các nước tiên tiến trên 70% sản lượng thép sau khi nấu luyện được cán thô trên các máy CNQTN Có nhiều máy cán thuộc nhóm này như máy cán phôi tấm, tấm dày thanh dầm, ray, máy cán phá 1150, máy cán phá 850, máy cán phôi vuông Bluimin, máy cán phôi dẹt Slamin…

Ở nước ta có nhiều nhà máy lớn cán thép nóng như: nhà máy thép Cái Lân ở Quảng Ninh, nhà máy thép Hòa Phát

Một số hình ảnh:

Hình 3.1: Sản xuất thép cán nóng ở nhà máy Cái Lân