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1、11500mm 热轧机压下传动控制系统设计第一章 绪论1.1 项目的意义为了进一步提高生产能力，减少设备故障率，优化原生产线的工艺设备配置，满足生产的需要，决定将 750mm 二辊可逆式轧机极其附属设备进行适应性改造，并在该轧机系统中实现全数字直流传动，经过一系列的方案论证工作，轧机主传动采用了可控硅直流全数字控制，调节单元采用 SIEMENS 6RA70 控制装置，辅传动中最重要的上辊调整装置采用电动电动压。1.2 本课题研究的内容可逆式热轧机的工艺特点是：工作时，上轧辊快速、大行程、频繁的调整；轧辊调整时不“带钢”压下。为了适应以上特点，对压下的要求是：1）采用惯性小的传动系统，以便频繁启
2、动、制动；2）有较高的传动效率和工作可靠性；3）必须有克服压下螺丝卡钢的措施。考虑投资情况下，系统采用了小功率控制大功率的直流传动系统。为了提高传动性能，当压下操作侧和传动侧联动时，采用了主从控制方式，众所周知轧机电动压下系统是一个典型的快速定位系统，对传动系统的启动和制动快速性都有很高的要求，才能满足不断加快的生产节奏的要求，电动压下系统的传动性能也是决定压下电动 APC 精度和快速性的关键，采用直流电机配套直流传动装置很容易实现上述要求。第二章 机械传动系统机械传动系统包括：减速机、制动器、压下丝杆、压下丝母、压下位置指示器（压下指针） 、球面垫块等。2.1 电动压下装置2电动压下装置是由
3、电动机通过圆柱齿轮箱或蜗轮减速机（有时也用行星轮减速箱）传递运动的，它可以用于所有的轧机上，如初轧机、板坯轧机、厚板、薄板及热、冷板带轧机。其优点是移动距离可以达较大的数值，速度和加速度亦可达到一定的要求，压下能量较大。缺点是结构复杂、反应时间较长、效率低。2.2 卧式电动机的快速压下装置卧式电动机的粗轧机压下的电动机通过与其同轴的小齿轮和中间大惰轮带动固定在方孔套筒上的大齿轮，使压下螺丝在螺母中旋转并实现升降运动，压下螺丝的方行尾端穿在套筒的方孔中。为了实现两个压下螺丝的同步移动以保持上轧辊的平行升降，两个中间大惰轮之间用一个小惰轮（离合齿轮）相连。压下螺丝的的升降速度为 90180mm/s
4、。其中较高的速度是在大行程时使用（例如在换辊时） 。压下螺丝的移动距离通过与中间大惰轮同轴的伞齿轮以及单独的齿轮传动系统反映在指针盘上，反映压下螺丝移动距离的机构称为轧辊位移传感器。轧辊位移传感器是一种比较精确地检测位移移动情况的电器元件，它利用磁环的电磁作用来检测位移的变化情况。在这种机构中，既可随压下螺丝杠下面的压台往复移动，通过程序标定量化，能够线性的显示丝杠的实际位移情况，该元件可靠性强，控制精度高。卧式电动机传动的压下装置由于使用了圆柱齿轮，因此传动效率高，零件寿命较长，又节约了有色金属，近年来新设计的粗轧机已普遍采用这种传动形式。2.3 压下螺丝及其最小断面直径压下螺丝的机构一般分
5、头部、本体和尾部三部分。头部与上辊3轴承座接触，承受来自辊颈的压力和上辊平衡装置的过平衡力，为了防止端部在旋转时磨损并使上轧辊轴承具有自动调节性能，压下螺丝的端部一般都做成球面形状，并与球面铜垫接触形成止推轴承。压下螺丝止推端的球面有凸形和凹形两种，老式的多为凸形，这种结构形式在使用时使凹形球面铜垫受拉应力，改进后的压下螺丝头部做成凹形，这时凸形球面铜垫处于压应力状态，有利于提高强度， 压下螺丝的尾部是传动端，承受驱动力矩，一般尾部的形状有方形、花键形和圆柱形三种。当轧辊快速移动时（例如在粗轧机上） ，通常将它作成镶可换青铜滑板或补焊青铜的方尾。当速度补快而负荷很重时，例如在四辊板带轧机上，通
6、常将它作成花键形。在轻负荷的调整机构中，包括手动的在内，压下螺丝的尾部做成带键的圆柱形压下螺丝的本体带有锯齿形或梯形螺纹，前者传动效率较高，主要用于粗轧机等快速压下装置上；后者强度较大，主要用于轧制负荷较大的轧机（如冷轧带钢机） 。压下螺丝多数是单线螺纹，只有在粗轧机等快速压下装置中有时采用双线或多线螺纹。压下螺丝的基本参数是螺纹部分的外径 d0 和 t，可按照我国一机部部颁标准选取。压下螺丝的直径按作用在辊颈上最大可能的压力决定，因其长度和直径的比值很小。故部考虑压下螺丝的纵向弯曲，压下螺丝最小断面的直径 d1 有下列条件决定：P=d12 Rd/ 4 (4-4)式中 P作用在辊颈上的最大压力
7、。P=750*103kg。通常压下螺丝用 b6070/2,5=16锻造碳钢制造。这种钢的许用应力以 n6 计，取Rd10001200/2 所以有 d124P/10004d130.9mm2.4 转动压下螺丝所需的力矩转动压下螺丝的静力矩也就式压下螺丝的阻力矩，它包括止推轴承的摩擦力距和螺纹之间的摩擦力距。相应于压下螺丝移向轧辊及离开轧辊，转动两个压下螺丝所需的力矩等于：M1Pd3/3+dcptg（）/2 （45a）M2Pd3/3+dcptg（）/2 （45b）式中 P作用在两个压下螺丝上的压力；d3 和 dcp压下螺丝枢轴的直径及螺纹中径； 和 螺纹中的摩擦角及螺纹导角；压下螺丝枢轴的摩擦系数。
8、当轧机空转时转动压下螺丝的力 P 为：P=Q-G （46）式中 Q 和 G平衡力及被平衡件的重量。2.5 核验粗轧机压下装置额传动功率。已知：电机功率 N200300hp，转速为 n500750r.p.m，总传动比 i4.5，圆柱齿轮传动效率取 0.961、电动机额定力矩及最大力矩MH716.2N/n716.2300750280kg-mMmax2MH560kg-m2、传动压下螺丝使其升降所需的力矩 已知：平衡装置作用在压下螺丝上的力5Q20.4G(G 为轧辊、轴承、轴承座、压下螺丝重量之半) 20.4（2轧辊总重）/2=7.2t压下螺丝外径 d0 280mm ；内径 d1216mm；平均直径d
9、 平均248；螺距 t32mm； 端部直径 dn240mm（取摩擦系数 n=0.15） ； 螺纹摩擦角 548（取 0.1） ；螺纹导角 24030。（1）上辊下降时传动两个压下螺丝的力矩M1Qd3/3+dcptg（）/2Q0.240.153+0.124tg（54824030） 0.0305Q kg-m =0.03057200=220 kg-m（2）上辊上升时传动两个压下螺丝的力矩M2Qd3/3+dcptg（）/2Q0.240.153+0.124tg（54824030） 0.0550.0188Q kg-m=0.01887200=135 kg-m3、由压下螺丝推算到电机轴上的力矩（静力矩）MS=
10、MB/(i)上辊下降时MS10.03054.50.96Q0.00717200 kg-m=51 kg-m上辊上升时6MS 0.01884.50.96Q0.00447200 kg-m=32 kg-m4、传动的动力距传动件的飞轮力矩:电机 GD2=100kgm2,联轴器及主动齿轮及轴 GD2=20 kgm2,中间齿轮 GD2=23 kgm2,轴及齿轮的 GD2=24kgm2,;压下螺丝GD2=55kgm2,推算到电机轴上的总飞轮力矩:GD2=200+20+23/1.342+15/0.6252+(230+55)/4.52285.2 kgm2电机启动时的角加速度这样选取：当轧辊下降时，1400 rpm/
11、sec； 2500 rpm/sec。则启动时为克服传动件的惯性所需的动力距为：Md/375Md1285.2/375400=304 kg-mMd2285.2/375500=380.3 kg-m5、电机轴上最大力矩MmaxMsMdMmax1 Ms1Md1 =51+304=355 kg-mMmax2 Ms2Md2=32+380.3=412.3 kg-m电动机额定力矩及最大力矩 560kg-m,因而Mmax 电机Mmax所以能满足工艺要求第三章 电气控制选择一个电气传动系统由电动机、电源装置和控制装置（含计算机控制）组成它们各自有多种设备或线路可供选用。3.1 电动机的性能比较及其选择1.交流电动机和
12、直流电动机的性能比较7交流电动机简单、耐用、可靠、易维护、价格低，但起动和调速性能差，轻载时功率因数低。一般无调速要求的机械广泛采用。随着具有自关断功能的大功率晶体管（GTR） 、可关断晶闸管（GTO）以及场控晶闸管（SITH）的实用化，以及微型计算机技术的成熟运用，PWM 变频器的应用越来越广，可实现平滑调速，但价格昂贵。直流电动机调速性能好，范围宽，采用电子控制下能充分适应各种机械负载特性的需要，起动转矩大，过载能力大。缺点是需要直流电源，和维护复杂。但随着大功率可控硅（SCR）的广泛运用和数字化控制装置的成熟运用，直流电动机目前仍然广泛。综合各项因数，电动压下采用直流电动机传动。2.直流
13、电动机的选择压下装置属于大型可逆轧机，根据各类直流电动机的应用范围，选择直流电动机的型号为 ZKSL-315-41 型。功率计算：P=T MnM/9565式中 P：电动机功率（KW）TM：电动机转矩（N.m）nM: 电动机转速（r/min）P=560*10*500/9565=292（KW） 。查询直流电动机手册：压下电机参数为：ZKSL-315-41，额定功率150Kw；额定电压 440V；额定电流 395A，转速 385/770r/min，励磁：DC220V 16.3A。上升最大行程；600mm；工作行程 450mm。压下升降速度:62r/min120r/min。型号：ZD2 49.3/40
14、-8BL，额定功率 300Kw；额定电压 220V；额定电流 1000A，最大电流为 1750A，转速 500-750-1000r/min，励磁：DC220V 11.11A。83.2 主回路装置选择主回路装置选择包括；整流变压器、晶闸管变流器、直流滤波电抗器、交直流侧过电压吸收器、过电流保护和快速开关等。整流变压器二次线电压 UV：由于在实际运用中标准变压器系列已规定了阀侧电压值，使用时可不必计算查表国内中小功率标准系列可逆系统，电动机额定电压为 220V 的变压器二次电压为 230V。二次线电流 IV：IV=KIVIdN =3*0.408*1000=706.6A二次容量:S2=m2*KIV*
15、 Udo*IdN/KuV=6*0.17*2.34*220*1000=525kva整流变压器的型号为:晶闸管变流器装置选择晶闸管额定电压 URRM考虑到晶闸管在恢复阻断时所引起的换向过电压，必须考虑一定的安全电压，一般取 23 倍之间URRM（2-3）KuTUV/nKuKuT 电压计算系数取 2.45UV 电源进线相电压有效值 133Vn:元件串联数等于 1Ku：均压系数取 0.8URRM1018V。晶闸管额定电压 URRM 取 1200V。（2）晶闸管额定电流 IFAV晶闸管额定电流应该按照所组成装置的最大负载电流、过载时间、电流波形和所配用的散热器热阻，来计算。精确计算十分复杂，通常采用近似计算方法9IFAV（1.0-2.0）KITIdmax/KInpKIT：电流计算系数：取 0.367np：晶闸管并联数等于 1KI：均流系数，取 0.8Idmax：最大整流值：1000*1.17=1170AIFAV1073A晶闸管额定电流 IFAV 取 1200A。（3）晶闸管接线方式采用元件对接反并联可逆接线方式，将晶闸管直接反并联，可以实现环流内部不设环流电抗器和快速开关，可灵活实现四象限内电动机频繁起、制动和调速状态运转，快
