Введение к работе
Актуальность работы. Функциональные возможности и производительность прокатного оборудования в значительной мере зависят от возможностей вспомогательных технологических устройств (загрузочно-подающих, транспортирующиих, натяжных, стапелирующих и т.п.). Стремление к повышению быстродействия и производительности таких устройств, использующих традиционные электромеханические или пневматические приводы, приводит к усложнению кинематических схем, увеличению массы и стоимости вспомогательного оборудования. Например, при массе стального листа до 2 т масса рабочих рольгангов подающего устройства достигает 10 т. В то же время существующие рольганги не обеспечивают требуемых ускорений проката из-за пробуксовки роликов при разгоне и торможении. Проскальзывание роликов приводит к их преждевременному износу и повреждению поверхности прокатных изделий. Те же недостатки присущи ускоряющим и тормозным секциям транспортных рольгангов. Сказанное свидетельствует о том, что возможности традиционных устройств перемещения проката ограничены низким коэффициентом сцепления роликов с перемещаемыми стальными изделиями. В связи с этим в сталепрокатном производстве получили применение электромагнитные механизмы, позволяющие полезно использовать силы магнитного поля. Большими функциональными возможностями обладают электромагнитные устройства с бегущим магнитным полем - линейные асинхронные двигатели (ЛАД). В этом случае стальные прокатные изделия выступают в роли вторичного элемента ЛАД, на который действуют как тяговое электромагнитное усилие, так и сила магнитного притяжения.
Основными преимуществами ЛАД при использовании их в линиях обработки прокатных изделий являются:
-
Обеспечение непосредственного поступательного перемещения прокатных изделий без промежуточных преобразователей движения.
-
Возможность получения необходимых ускорений при разгоне и торможении проката.
-
Возможность работы при попадании смазки на перемещаемые изделия.
-
Отсутствие повреждений поверхности прокатных изделий и уменьшение износа роликов, обусловленных их пробуксовкой.
-
Возможность длительной, безаварийной работы на упор.
-
Меньшая металлоемкость и занимаемая площадь оборудования.
-
Возможность полезного использования сил магнитного притяжения.
-
Повышение безопасности труда ввиду отсутствия вращающихся и перемещающихся элементов электропривода.
С помощью ЛАД могут быть решены одни из наиболее трудных задач прокатного производства - задача торможения прокатных изделий на
РОС. НАЦИОНАЛЬНАЯ I
| БИБЛИОТЕКА
С.Петербург А . !
0Э ^ЗыФЛ і
финишных операциях и задача натяжения металлических лент и полос при намотке их в рулоны. Указанные достоинства ЛАД, а также наличие их эффективных применений в прокатном производстве делают актуальными научно-исследовательские работы, направленные на разработку электромагнитных механизмов на основе ЛАД, на оптимизацию их параметров на основе развития теории и методов расчета ЛАД.
Следует отметить, что тормозные режимы работы ЛАД, вторичным элементом которых являются прокатные изделия, наименее изучены. Поэтому исследование таких режимов представляется актуальным.
Исследования, результаты которых представлены в диссертации выполнялись в рамках госбюджетной НИР кафедры ЭЭТС "Специальные электрические машины и электромагнитные устройства для транспортных и электротехнологических установок" (единый заказ - наряд Министерства образования РФ) и хоздоговорной НИР по заказу АО "Уралмаш".
Целью диссертационной работы является повышение эффективности ЛАД, работающих в тормозньк режимах, разработка электромагнитных натяжных устройств на основе ЛАД.
Задачи исследования. Для достижения указанной цели решались следующие задачи:
-
Математическое моделирование ЛАД на основе детализированных магнитных схем замещения с учетом особенностей конструкции электромагнитных натяжных устройств (ограниченная толщина стальной полосы, конфигурация вторичных токов).
-
Математическое моделирование роликовых линейных индукционных двигателей (ролидов) с учетом особенностей их конструкции (неравномерность зазора, прерывистость вторичного элемента).
-
Создание методик расчета ЛАД и роликовых ЛАД, работающих в тормозных режимах.
-
Исследование параметров и характеристик ЛАД с тонким стальным вторичным элементом с целью улучшения их показателей, в том числе при работе на повышенной частоте.
-
Исследование параметров и характеристик роликовых ЛАД.
-
Физическое моделирование электромагнитных натяжных устройств и экспериментальная оценка их характеристик.
Методы исследования. Решение поставленных в работе расчетно -теоретических задач проведено на основе современной теории линейных асинхронных двигателей. Оценка уровня интегральных показателей проведена с использованием метода детализированных магнитных схем
замещения, позволяющего получить значения магнитных потоков во всех участках магаитпои цепи, а также определить токи и усилия во вторичном элементе с учетом электромагнитной несимметрии ЛАД. Реализация разработанных методик расчета ЛАД осуществлена на ЭВМ в математической среде Mathcad 2000 ProfessionaLflocroBepHOCTb математических моделей и результатов расчетов проверялась в ходе экспериментальных исследований целого ряда установок, отличающихся геометрическими размерами и мощностью.
Научная новизна работы заключается в следующем:
разработаны математическая модель и методика расчета роликовых линейных двигателей на основе метода детализированных магнитных схем замещения с возможностью учета наличия высокопроводящего покрытия роликов;
выполнен анализ влияния конструктивных факторов (диаметр роликов, величина полюсного деления, немагнитные зазоры, толщина высокопроводящего покрытия роликов и т.п.) на показатели роликовых ЛАД;
исследовано влияние и даны рекомендации по снижению электромагнитной несимметрии ЛАД, обусловленной вторичным элементом - роликами.
Практическая ценность выполненной работы заключается в следующем:
- выполнена теоретическая и экспериментальная оценка характеристик
ЛАД, непосредственно воздействующих на стальные полосы и ленты различной толщины, в том числе и при работе на повышенной частоте;
- показано, что при толщине стального проката, большей 3 мм, ЛАД
имеют приемлемые технико-экономические показатели; при толщине, меньшей 3 мм, целесообразно использование роликовых ЛАД;
реализована программа расчета роликового ЛАД с возможностью учета наличия высокопроводящего покрытия роликов;
на основании исследований параметров и характеристик разработана методика поисковых расчетов при проектировании роликовых ЛАД;
рекомендована к использованию конструкция роликов с высокопроводящим покрытием, что позволяет существенно повысить показатели двигателя;
- для создания ЭМНУ стальных полос с широким диапазоном толщин
рекомендовано совмещение роликового и обычного ЛАД.
Реализация работы. Результаты НИР переданы для использования в разработках АО "Уралмаш". Макеты ЭМНУ на основе ЛАД реализованы в лаборатории УГТУ-УПИ. Программы расчета ЛАД используются в учебном процессе кафедры ЭЭТС.
Апробация работы. Основные результаты докладывались и обсуждались на:
двенадцатой НТК «Электроприводы переменного тока»( Екатеринбург, 2001);
НТС "Энергосберегающие техника и технологии" (Екатеринбург, 2001);
Отчетных конференциях молодых ученых УГТУ-УПИ ( Екатеринбург, 2001-2003).
Публикации. По результатам проведенных исследований опубликовано 8 печатных работ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и содержит 114 страниц основного текста, включает 56 рисунков, 8 таблиц, список литературы из 94 наименований и 2 приложения. Общий объем работы составляет 138 страниц.
