大型回转支撑（精选七篇）
大型回转支撑 篇1
导电滑环又称集电环、旋转节、转接器等, 是一种能在相对转动物体上传递能量、控制、通信等信号的装置, 利用滑动滑环与电刷滑动接触实现信号的传递, 是各种精密转动装置、惯导装置等设备的关键部件之一, 特别是360度无限制的不停旋转, 同时满足信号的传输, 可广泛应用在航空航天、军事、设备自动化、大型转动机构、风力发电等设备上。
我单位大型回转支撑转动天线采用的精密导电滑环部件, 是我台转动天线转动部分内器件的电力供给以及天线控制信号传输的中枢, 是转动天线的三大核心部件之一。该旋转节性能稳定, 具有导电率高、接触电阻小、磁阻高、阻抗匹配好、精度高、噪声低的特点。
2 导电滑环的结构原理
精密导电滑环由滑环体、电刷、固定支架、轴承及其它辅助元件组成。精密导电滑环是利用导电环的滑动接触、静电耦合或电磁耦合, 在固定座架转动部件与滚动或滑动元件之间传递电能、控制、通信等信号的精密传输装置。滑环体通常安装在转动装置的旋转轴线中心, 由旋转装置部分和固定装置部分组成。其中, 上端旋转装置部分连接转动设备的旋转部分, 跟随其转动, 所以称为“转子”:固定装置部分连接转动装置的底座支撑固定部分, 称为“定子”。导电滑环整体依靠弹力接触搭接技术、良好的滚动搭接技术、精确的选材、严密的密封保护等级、巧妙的结构设计等, 构成稳定可靠的旋转传输系统。通过滑动接触将信号传递到上方旋转部分, 解决无导电滑环而产生的线路缠绕等问题, 同时又不影响设备状态的检测和控制。
3 转动天线导电滑环的主要技术指标
滑环的主要技术指标有:绝缘性、接触电阻、动态接触电阻、保护等级、抗瞬断能力、抗电磁干扰性能、摩擦力矩等。
3.1 滑环的绝缘性
滑环由许多环道组成, 其绝缘性能要良好, 环间距离过大会导致滑环的总体尺寸太长, 距离过小会导致绝缘、耐压低, 一般取1.5~3mm为宜, 根据转动天线对滑环环道的要求其绝缘电阻要大于100 MΩ, 耐压500V而不被击穿;其抗电强度能够达到:功率环2000MΩ, 通信、控制环500MΩ的要求。
3.2 滑环的接触电阻
滑动环槽与电刷的接触要可靠和适度, 而且两个材料的选材要匹配, 当设备转动时, 滑动表面的线速度是电刷线速度的几十至上千倍, 相对来说电刷更容易磨损;但当电刷材料硬度远高于环槽硬度时, 在环槽上会出现同样的磨损, 尤其是在高温环境下, 更易产生过度磨损, 减少设备使用寿命, 给维护带来不便。
电刷对环槽的压力也影响接触电阻的大小, 但压力太大, 超过摩擦力矩, 接触部分磨损较大, 减少设备的使用寿命。
滑环的接触电阻越大, 信息传输效果越差, 接触压降越大, 温度就越高, 越容易熔毁滑环, 我台转动天线滑环由黄铜制成, 表面镀覆多层贵金属, 具有良好的导电、导热、抗氧化、抗硫化、耐磨性、抗熔焊等性能, 设计呈“II”型, 便于电刷与环槽对称双接触, 利用电刷的弹性压力与环槽滑动接触来传递信号。转动天线滑环采用的功率环分别为:11MΩ、35MΩ;控制、通信环210MΩ的要求。
3.3 滑环的动态接触电阻
滑环的表面光洁度、滑环的转动速度、环道直径等都会影响滑环的动态阻抗, 动态接触电阻越小, 设备运行越稳定, 转动天线滑环采用的功率环分别为:5MΩ、10MΩ;控制、通信环15MΩ的要求。
3.4 滑环的保护等级
滑环要求全屏蔽全密封, 屏蔽材料选用1J79, 滑环保护等级:IP54;其中63A和16A滑环接地必须内部铆接在定子和转子上确保接地的持续性。定子和转子的外部需要有50mm2的接地点。为了保证良好的接触, 该点必须是平整的, 不能有涂漆和绝缘处理。
3.5 滑环的抗瞬断能力
瞬断是表征精密导电滑环性能的重要指标, 一般要求顺段时间为小于10ms。
3.6 滑环的抗电磁干扰性能
在我单位的大型转动装置中, 精密导电滑环是处在通过大电流、高功率、高频的条件下工作, 该装置本身又是一个线路密集、空间狭小的密封装置内, 因此各个信号间存在互感、互容现象, 易产生静电感应、磁场感应, 我台设备线路输出高频3MHz-30MHz, 功率高达750k W的能量, 采用对保护信号的办法进行保护, 并将干扰源本身加屏蔽以削弱干扰, 并将屏蔽线屏蔽层接地。当干扰源电压较高, 频率较高时, 宜采用电磁屏蔽, 可用导电材料做屏蔽;转动天线滑环的电噪声性能, 功率环分别为:10、20 (1k Hz, u V/m A) ;控制、通信环30 (1k Hz, u V/m A) 的要求。
结语
与其它精密导电滑环的相比, 转动天线的导电滑环工作在高频、大功率、高电压状态下, 其本身尺寸大, 技术要求高, 对其维护水平要求较高, 所以定期进行指标测试是设备处于良好状态的基本保证。
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钢包回转台支撑臂受力分析 篇2
1 建立回转台支撑臂三维实体模型
回转台支撑臂的三维实体模型如图1所示, 为模拟研究对象的受力特点及减少计算量, 根据其特点, 对其结构进行必要的简化。在不影响计算精度的前提下, 减少原结构的部分倒角, 倒圆及圆孔。
2 网格的划分
本文利用有限元软件自动划分网格, 软件可以设定单元尺寸大小。单元越小即划分得越近精密而产生的网格离散化误差越小, 但是网格划分得越细则单元及节点越多, 导致单元的计算规模过于巨大。为了能细致反映结构的力学特性, 又尽可能限制计算规模, 对网格大小进行了合理的划分, 对结构进行0.04m单元划分。
3 约束条件和加载
3.1 约束条件
钢包回转台支撑臂是靠上下4个销轴与回转台上下连杆连接的, 上连杆由油缸支撑。因此对4个销轴孔施加全约束, 如图2所示。
3.2 载荷与加载方式
钢包回转台支撑臂的载荷有钢包和钢水的重量构成, 加钢水后钢包重:额定230t, 最大240t。本文给出最恶劣的工况, 即满包时并乘以1.8的冲击系数仿真分析结果。满包支撑臂载荷为:240000/2×1.8×9.81=2118960N。加载的位置和方向如图3所示。
4 计算结果
支撑臂应力分布如图4所示, 上下弧形板区域的应力比较高, 最大应力达到150MPa, 回转臂的变形云图如图5所示, 支撑臂高度方向最大变形量为5mm。
比较加强筋板对应力分布的影响, 分别对无加强筋, 增厚的将强筋板和原加强筋板 (如图6所示) 进行比较。计算结果如表1所示, 加强筋板能在一定程度上起到减小最大应力及最变形。
5 结语
通过对钢包回转台支撑臂进行有限元分析, 找到了支撑臂应力分布及位移云图, 在最恶劣的工况“满包, 大冲击系数”下, 最大应力为150MPa, 最大变形量为5mm。本文还分析了销孔附近加强筋板对支撑臂应力与位移的影响, 计算结果得知加强筋板能在一定程度上起到减小最大应力及最变形的效果。
摘要：在建立某厂钢包回转台支撑臂三维CAE模型的基础上, 利用有限元软件进行静态强度分析, 得出其钢包会转台提升臂在最恶劣的工况下各部位应力的大小分布, 确定可能发生破坏的危险部位。给出钢包会转台提升臂工作时的强度, 刚度和稳定性, 便于进一步展开其动应力分析、疲劳分析。
基于无线网络大型回转设备监测方案 篇3
回转设备主要用于材料成型, 是一种煅烧、焙烧或干燥粒状及粉状物料的热工设备, 为一长的钢质圆筒, 内衬以耐火材料, 炉体支承在数对托轮上, 并具有3%~6%的倾斜度。炉体通过齿轮由电动机带动缓慢旋转。物料由较高的尾端加入, 由较低的炉头端卸出。
回转设备在体积庞大、温度高 (一般在千度左右) 、气压大 (1000Pa左右) , 维护和检修存在着巨大困难, 如检测手段不完备, 会引起耐火层及炉体被烧穿的灾难性事故, 从而导致整个生产系统瘫痪, 同时, 因为设备降温及升温速度慢, 炉体内维修复杂, 检修工期将很漫长, 会造成更大的经济损失。
回转设备的监测存在着重大的技术难度, 首先由于设备一直处于旋转状态, 不利于安装传感器等装置, 其次, 回转设备的辐射温度特别高, 在一米左右达到200度左右, 大大超出了一般电子器件最高温度极限, 不能进进行近距检测。
传统的测量采用定时人工巡检的方式, 每天在一定的时间段内, 在较远的距离条件下, 使用手持式红外温度仪对抽取若干个点进行温度测量, 数据来源较为粗放, 且有一定的盲目性。
1 系统组成结构图
大型回转设备一般用于能源领域, 由于矿山所处的地理位置, 其通信存在着一定的局限性, 受地域约束性大, 且回转设备工作方式特殊, 传统测温方法难以应用, 再有在系统设计中, 回转设备作为过程监控的一部分, 所有被测参量应并入原有的以PLC为控制核心的控制系统中。
在工业的远近程通信中常用的通讯方式为电缆、光纤、无线和GPRS, 其中无线信号可以突破地理限制并且布线相对灵活, 并且有着相容性好及高速、低成本、低功耗的特点, 信号质量也逐步提高, 已逐步应用于生产领域, 而GPRS可以通过无线的方式把信号并入到INTERNET网, 适合远距离及B/S架构数据采集控制控制系统。
本文提出了基于数传电台的回转设备监控系统, 其中回转设备的红外监测点为主要研究对象。在监控系统中, 位于中央的功率高增益电台将作为无线网络的中枢, 其应安装于地势较高的位置, 它可以和各个无线节点进行通信, 接收各路信号, 并可通过采集控制器并入到以PLC为控制核心的自动化系统, 此时可通过组态软件进行监测, 同时, 其也可以自成体系, 直接和数字终端, 如PC机相连, 这时则需要相应终端软件支持。对于红外监测点, 在把数据发往网络中枢的同时, 也可在本地设定一个监测点, 直接和红外采集点进行通信, 及时获取数据, 进行近距监控。
所设计选用的数字数传电台基于DSP技术, 其运行可靠, 设置灵活, 如其自带电压表、温度计、功率计、场强干扰测试仪、软RTU等功能, 其速率可达19200bps, 频率稳定可达+/-1.5ppm, 其所要求的温度及电源范围较宽, 如温度可达-40℃~+70℃, 且功率可调。其工作频率为220M~240M, 无线信号波长较长。在较好的工作条件下, 当功率5W并采用7dB全方位天线时, 其传输距离大于10km。
在以S7-300为控制核心的自动化系统中, S7-300可使用CP34X系列串口扩展板扩展其通信功能, 但同时存在着以下问题, CP34X只支持ASCII码传送, 所以其数据必须在通信两端进行再转换, 如果在无线信道中进行传送ASCII码而不是十六进制码, 其信道利用率会大大降低, 而RTU一般使用十六进行码进行通讯;其次, S7-300的模拟量模块SM331与CP34X价格差距巨大, 西门子PLC接口模块都比较昂贵;再者, CP34X的使用则要求对原PLC程序进行较大范围改动, 其数据校验难度也较大, 而在一般情况下, 设计不希望对原系统的稳定性造成干涉, 因此方案设计中选择了在无线通信中使用十六进制码, 并在PLC前端进行数模转换的方法, 从而使设计方案易于集成到原来的自动化系统。
2 系统硬件集成及设计
系统的硬件设计思想为通信及信号处理的硬件骨干部分采用市场上具有较好资质的工业级产品, 而对数据核心数据处理及控制部分则自行设计。在本设计中, 需要自行设计的硬件有两部分, 即红外监测点及采集控制器。
2.1 红外监测点硬件设计
红外监测点在设计中包含七个部分, 如图2所示, 即主控单元、云台驱动、红外传感器单元 (两个) 、电源单元、指示单元、外围接口单元及校正器。其中, 云台驱动及红外传感单元共同连于Modbus总线。红外监测点对外接口为RS485, 通过此接口可以把数据传至无线电台。
除部分电源外, 其他单元都置于云台驱动腔体内, 其包括主控单元、驱动、传感单元等六个部分。两个传感器单元近距安装, 可以同时检测目标对象的温度及环境温度, 有一定的补偿能力。云台驱动、传感单元都挂在Modbus总线上, 它们分别有各自地址, 收到对应命令方开始动作。
主控单元控制器采用NXP公司的LPC2132 (ARM7) 处理芯片, 其较小的封装和极低的功耗可使它理想地用于小型系统中。
电源单元较复杂, 它需要为主控单元提供3.35VDC及5VDC, 为云台驱动提供24VAC, 红外传感单元提供12VDC, 为外围及接口单元提供220VAC, 其目的为驱动大功率声光报警装置。
因为没有专用测温云台, 所以设计中选用视频监控室外云台并对控制部分进行了改造, 其防风防雨, 负载较大, 水平自动无限位, 水平速度为达0~26°/S, 且其地址码可改变, 很方便挂载到总线上, 完全满足设计要求。
为缩小开发周期, 满足苛刻的工业环境要求, 红外传感单元选购工业级的红外测温模块, 其由壳体、光学部件、专用集成电路和微控制器等组成, 目标测量范围为-50°C~1500°C。要获得准确的温度值, 需确定正确的测距比, 一般情况下, 当距离比越大时, 所测温度偏差较大, 在红外传感器单元自我补偿的基础上, 还可以基于主控器对其进行再次补偿修正。
指示单元主要器件为红色激光源, 其与红外传感器器平行安装, 主要对温度监测点进行定位观察, 当预置点设置完成后, 可关闭指示单元, 当需要重新设置观测点时, 则再次开启指示单元。
外围接口单元主要包括外围输入输出器件与接口, 如按键、LED、LCD、485接口等, 其中, 按键及LCD便于设备调试, 485接口为红外监测点通信接口, 用于接收来自于无线电台的采集命令, 并返回相应的数据给无线电台。
校正器为红外监测点附属仪器, 以同频特定协议与监测点通信, 它将结合监测温度、实测温度及环境因素确定一个温度补偿系数, 此系数将发送到监测点的主控单元并写入数据flash, 以输出校正后温度, 当环境温度特征都有较明显的变化时, 应对其进行再次校正, 因为其就近测量, 功率很小。
2.2 采集控制器硬件设计
采集控制器为连接PLC过程控制系统与无线网络的枢纽, 其设计功能主要为先根据自定义协议发依次向各个温度采集点发送数据采集命令, 通道是否工作可通过拨码开关来设置。其次, 采集控制器依次解析出各通道数据, 并转换为相应的工业标准模拟信号, 输入到PLC模拟量采集单元SM331, 便于上位机软件如WinCC的组态监测。采集控制器的硬件框图如图3所示。
设计中采集控制器为八通道。主控器采用LPC2131, 数模转换单元选择AD7228作为核心处理芯片, 其它单元与红外监测点类似。
3 系统软件设计
系统的软件设计包括了五个部分, 红外监测点程序、采集控制器、本地上位机、PLC及WinCC组态软件的程序设计。
PLC程序只需根据系统分配给模拟量模块的地址添加对多路模拟量采集, 而WinCC组态软件则对PLC中的相应变量进行采集显示, 其过程比较简单, 这里将不再赘述。
3.1 红外监测点程序设计
红外监测点可自行根据设置采集所有预置点温度数据并打包, 但只有接收到采集控制器的指令后才返回数据。在设计中, 云台有设置有六个预置点, 云台在这些点往返采集, 实验发现云台运动时采集数据误差较大, 因此当云台在预置点停止时, 方采集温度, 并且需要一个小的时间延时, 设计中云台停止时间为1S。两红外传感器采集温度有遵循一定的时间顺序, 但总体上不会超过10ms。云台到达程预置点后因为没有相应的回馈信号, 所以, 只能以定时的方式巡检, 其间隔设为3S, 其大于预置点最大切换时间。程序的部分流程图如图4所示。
程序运行时, 首先通过开关状态判断是否为本地控制, 当为本地控制时, 则程序执行手动程序, 此程序主要用于调试。在通常工业条件下, 回转设备一般一小时左右采集一次, 所以程序只在设定时间段进行数据采集。当采集时, 云台的运行路径是从预置点1到预置点2, 直到预置点6, 当到达预置点6时, 再返回预置点5, 直到预置点1。传感器单元1先开始采集数据, 共采集十二次, 完成后传感器单元2开始采集, 采集后的数据则进行中值数字滤波, 两传感器的数据计算完成后进行比较, 当其差值较大时, 则进行再次采集比对, 如此三次, 当超过了设定值后则向监控机返回异常信号。
当温度超限时, 将启动本地声光报警 (交流) 。
3.2 采集控制器程序
基于无线网络的系统中, 数据监测点不能采用传统RTU数据自动发送的方式, 以避免数据冲突, 采集控制器根据自定义协议采用轮询的方式获得各监测点数据, 为了加强数据传输的可靠性, 数据传送时采用了CRC校验, 当校验正确时更新模拟量输出, 否则请求重发。其程序流程如图所示5所示。
3.3 上位机监控软件设计
在正常工作状态下, 上位机软件只接收数据进行显示, 因为上位机可操作性比较强, 所以加入了部分调试功能, 如数据采集, 预置点设置等。
本地上位机软件设计采用Delphi开发, 其主要包括用户操作模块、监控主模块、预置点设置模块、数据库操作模块组成, 数据库采用通用的access数据库, 监控主模块画面如图6所示。
为便于调试, 软件主要包括串行口设置、云台操作及数据采集三个部分, 云台可进行手动运行或自动运行, 手动方式时, 只采集单点传感器所指向的温度, 自动运行时则采集多个预置点温度, 用户可通过复选框决定所采集数据是否写入数据库, 上位机数据通过串口控件输出, 可连接到无线数传电台或红外监测点, 为了取得直观效果, 监控界面中, 在数字显示各点温度的同时, 在图右侧有温度柱状显示图, 上位机在接收数据时, 也进行了CRC校正。
4 结果及分析
由于红外测温是非接触性的测量, 同样也会存在着各种误差。测温范围越窄, 精度就越高, 测温范围过宽, 会降低精度, 尤其在低端测温。其主要影响因素包括辐射率、距离系数及环境因素, 而影响回转设备现场测温的主要因素为回转设备的辐射率变化、粉尘及环境温度等原因, 而大型回转设备均存在上述问题。
实验采用大量有效数据求平均值的方法对误差的进行量化, 每预置点在六十分钟内采集了600组数据, 因为参考温度和检测温度需分时进行, 经过测量, 图中选择预置点1和预转置2点进行数据采样分析, 其结果如图7所示。
由图中预置点1和预置点2的温度数据可知, 检测温度与参考温度有十多度的偏差, 但就温度的基准及测量的距离考虑, 这个偏差是可以接受的, 而如果回转设备出现了破炉故障, 其温度差值将呈数量级变化。
5 结束语
总之, 基于无线网络的大型设备回转设备监测方案能适用多种监测环境, 能有效降低人工成本, 其检测思想具有普遍性参考价值, 基于双点的监测系统已在太钢集团峨口铁矿试运行四个月, 效果良好, 目前系统还在进一步优化。
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大型回转支撑 篇4
1. 改进原因
1台机体水平传感器出现故障的该型号起重机,在超起工况行走时,由于回转中心到超起装置水平度超过2%,造成其回转机构受到额外载荷,导致起重机回转支承外齿圈个别轮齿出现裂纹,不能继续使用。
该起重机回转支承是一种能够承受综合载荷的特大型轴承,其直径为3m,可以同时承受较大的轴向负荷、径向负荷和倾覆力矩。通过市场询价,该起重机回转支承进口价格约为国产价格的3.5倍。为降低采购成本,同时也为进口起重机零部件国产化进行探索,我公司决定对该起重机回转支承进行国产化改进。
2. 改进方案
经研究,我们确定的回转支承国产化改进的总体思路如下:保持自制回转支承与起重机各部件的连接关系和外形尺寸不变;在满足回转支承受力要求的前提下,适当调整不影响连接关系的部分尺寸;选择国内有生产实力的配套厂家制造回转支承,确保该起重机起重作业的安全性和可靠性。具体方案如下所述。
(1)确定自制回转支承结构
一是测绘原装回转支承结构。原装回转支承为3排滚柱式结构,上、下及径向滚道各有1排滚柱,每1排滚柱的负载均可准确确定。原装回转支承的这种结构,可同时承受各种载荷,承载能力较大。
二是确定滚动体结构。考虑到国内制造工艺和材料与国外的差异,自制回转支承上、下滚道的滚柱采用加长型,滚柱及隔离块采用国外进口件。在保证自制回转支承外形尺寸的前提下,选用加大加粗的圆柱滚子。
三是确定自制回转支承外形尺寸。为保证自制回转支承满足技术要求,需适当增加回转支承厚度。其齿形与原装回转支承的齿形相同,精度等级为11FHGB10095-88。自制回转支承外形尺寸如附图所示。
(2)确定自制回转支承材料
一是确定自制回转支承套圈与滚动体材料。其滚动体采用整体淬硬的GCM5轴承钢制作,其套圈则采用表面淬硬42CrMo钢制作。这2种钢材不仅具有很好的抗接触疲劳和抗磨损性能,还具备良好的加工制作性能、淬硬性能以及较高的回火稳定性能。
二是确定滚动体保持架材料。自制回转支承滚动体保持架采用隔离块式,选用尼龙制作。
三是确定密封圈材料。自制回转支承密封圈材料采用耐油丁睛橡胶制作。
(3)验算回转支承受力情况
一是设定验算工况。选择起重机的最大起重量和其他25种典型工况(共26种工况)作为验算依据,安全系数选取1.1～1.25。
二是计算轴向力和弯矩。根据设定的26种验算工况,计算该回转支承的轴向力和弯矩。
三是用有限元方法进行计算分析。计算之前,先按照该回转支承设计图纸的实际尺寸建立模型,再依据计算出的轴向力和弯矩计算该回转支承应力。下面是回转支承2种工况受力验算结果。
正常吊载工况:起重机主臂长度为36.6m,起重量为600t,安全系数为1.1,回转半径为7.3m。经计算,该起重机回转支承轴向力为1078t,弯矩为3037t·m,许用应力为310MPa,最大应力为188MPa。计算结果表明,回转支承受力状况能够满足正常吊载工况的需求。
实验吊载工况:起重机主臂长度为36.6m,起重量为600t,安全系数为1.25,回转半径为7.3m。经计算,该起重机回转支承轴向力为1168t,弯矩为3694t·m,许用应力为377MPa,最大应力为358MPa。计算结果表明,回转支承受力状况能够满足该实验吊载工况的需求。
(4)确定连接螺栓技术要求
连接螺栓的作用是将回转支承与起重机连接起来。原回转支承连接螺栓拆除后只能报废,安装自制回转支承时需重新定制连接螺栓。
通过向起重机服务商咨询,原厂连接螺栓等级为10.9级。回转支承制造厂家选用材质为42CrMoA的12.9级内六角头螺栓,该连接螺栓技术要求和尺寸均能够与自制回转支承相匹配。
3. 自制回转支承的试机检验
按照改进方案制作完成回转支承后,将其安装在该起重机上进行试机和检验。在中等负荷、额定载荷、1.1倍额定载荷3种工况下,分别检验行走、起升、变幅、回转操作均正常。慢速左转一圈,右转一圈,检查滚盘无异响,滚盘间隙无变化。以上操纵各重复3次,所有试验数据均正常。
通过试机检验,可知自制回转支承的使用性能达到原厂设计要求。此次对进口起重机零部件进行国产化改进,大幅度缩短了备件采购周期,有效降低了修理成本,为公司创造了可观的经济效益。
大型回转支撑 篇5
关键词：链篦机—回转窑,温度控制,模块化编程,速度控制,自诊断
1 概述
本项目设计完成了一条120万吨链篦机—回转窑球团智能自动化控制系统, 完成了对与球团生产相关联的11个子系统的自动化智能控制。
2 系统配置
本系统采用德国西门子公司的SIMATIC S7系列可编程控制器, 包括4套西门子S7-400PLC, 5套S7-300 PLC, 其中4套S7-400 PLC分别控制1#、2#、3#、4#主PLC系统, 其余S7-300控制成品除尘、气力输灰等小系统。
在网络结构方面, 所控系统由工业以太网联系在一起并组成环网, 将现场设备、控制设备和管理设备在垂直层面上集成, 将现场设备、控制设备及管理设备集成在水平层面上, 建立了从现场设备层到控制层、管理层的综合自动化网络平台, 满足了自动化控制要求。
3 总体技术方案
本系统采用以太环网技术确保数据可靠传输;采用模块化编程, 定制监控画面, 实现用户对设备权限性操作;采用故障自诊断模块, 实现自报警功能, 降低故障率;采用数字变频调速技术, 确保整个生产过程快速平稳的连接;利用扰动前馈与控制PID算法相结合实现链篦机风流系统温度自适应优化控制;建立模糊控制数学模型, 实现回转窑温度智能控制。
4 主要技术要点
4.1 链篦机风流温度自适应优化控制
本系统将控制速度快的扰动前馈控制与稳态性能控制良好的PID控制相结合, 实现了链篦机风流温度自适应优化控制, 提高了系统温度动态变化控制的稳定性。
利用前馈控制以扰动 (扰动量即风量, 链篦机温度主要受入风流量和出风流量的影响) 进行控制的特征, 在所考虑的的条件下, 把补偿器设计到完全补偿, 被调量始终不变, 在本项目中, 以预热Ⅱ段为例, 把进出风量的扰动加入控制中, 可使预热Ⅱ段的温度始终保持在1100℃。
执行机构与链篦机温度的传递函数分别为Gz (s) 、Gc (s) , 前馈补偿器的传递函数为Gff (s) , 被调量和扰动量为Y (s) 和D (s) , 扰动传递函数为Gd (s) 。
补偿器的传递函数为Gff (s) =—Gd (s) [Gz (s) Gc (s) ]—1
综合上述分析, 扰动量D (s) 对于被调量Y (s) 的影响将为0, 实现了完全补偿。
4.2 模块化编程应用
在大型链篦机—回转窑的智能控制过程中包含大量单个任务, 通过在过程内识别相关任务组, 然后将这些组分成更小的任务, 用这种方法定义整个复杂过程, 每个任务可以根据设备性能进行定制式设计、调试和管理, 可灵活应用于不同设备、不同工艺性能需求。
将模块化设计的思想应用于大型链篦机—回转窑的智能控制设计中, 降低了程序复杂度, 使程序设计、调试和维护等操作简单化。
同时, HMI画面设计通过与模块化编程相结合, 可灵活具备多种功能, 实现整条生产线的设备及状态监控。
4.3 回转窑温度智能控制
针对回转窑温度控制这一难点, 根据工艺、现场采样数据及经验总结, 主要有以下几个方面。
高炉煤气流量:高炉煤气与空气混合燃烧所产生的热量是回转窑热量的主要供给, 通过分析发现, 高炉煤气流量与回转窑温度变化成正比, 因此, 高炉煤气流量是影响回转窑温度的第一要素。
生球量、风温风压:分析生球量、风温风压与产量、焙烧质量等工艺参数的关系, 将上述因素设定为影响目标温度的第二要素。
基于上述分析, 对回转窑的温度调节回路的模糊控制规则是, 输入变量是回转窑设定温度t、偏差e和偏差变量率Δe, 其中e=设定温度—测定温度, 高炉煤气流量f为输出变量。
通过确定基本论域, 选定离散论域, 确定赋表值后, 根据与过程操作有关的经验型知识, 确定模糊控制规则表, 运用模糊数学理论对规则表进行计算推理, 得到用语言表示的输出量。最后将模糊输出量从内部论域转化为相应的实际论域, 从模糊推理结果中产生精确的输出量用于控制。
模糊控制器计算关系如下:
其中:T (k) 为测量值;Tset为设定值;t为采样时间。
通过模糊控制表查询得到的输出量的模糊值F转换为精确量f, 最终实现温度自适应智能控制。
4.4 全数字式PLC变频调速技术控制
为了确保现场设备的控制精度及配料精度, 使整个生产过程前后连接快速平稳, 该系统从铁精粉的上料、铁精粉配料、添加膨润土配比、干返料添加到成球输出均采用全数字式PLC变频调速技术以实现系统快速调速的需要。
PLC系统与变频系统之间采用现场总线通讯协议进行数据实时传输, PLC系统对变频器系统进行实时监控并发出报警、制动、调速等指令。例如, 配料秤的重量及速度信号经PLC系统进行PID运算后, 输出给变频器系统, 使变频器的控制输出瞬时流量围绕设定流量小幅波动。
4.5 故障自诊断系统应用
研发故障自诊断系统是提高系统运行可靠性的最终手段。本系统结合生产实际, 在历史趋势的基础上引入专家知识, 并将系统各故障领域的专家知识进行整理, 建立系统故障知识库, 在此基础上, 建立故障预警及分析诊断功能。该系统在具有动态状态监控功能的基础上, 具有故障预警、故障诊断、故障分析、系统调校、振动曲线制定以及自学习功能。系统主要由推理机、数据库、知识库、解释程序、人机接口、知识获取等部分组成。用户界面包含输入、输出部分, 集成在WINCC制作的监控画面中, 后台以C脚本编程进行支撑。
使用故障自诊断系统前, 在2010年一个季度内, 故障造成停机时间累计118分钟, 平均故障处理时间约为48分钟。使用故障自诊断系统后, 同期一个季度内故障造成停机时间仅为上述停机时间的45%, 平均故障处理时间为50%。
5 结论
大型链篦机—回转窑智能控制系统将生产设备维持在较优的状态, 降低了生产过程的波动, 确保了生产安全、稳定和持续运行, 提高了产品的产量和质量, 提高了生产效益。自投运以来, 在全负荷生产条件下, 每年可生产高质量球团120万吨。
参考文献
[1]张一敏.球团矿生产技术[M].北京:冶金工业出版社, 2005.
[2]张一敏.球团理论与工艺[M].北京:冶金工业出版社, 2004.
[3]廖常初.S7—300/400PLC应用技术[M].北京:机械工业出版社, 2004.
大型回转支撑 篇6
大型回转体零件在农业、工业、国防、制造、科研等多领域得到全方位应用。作为重要的应用零部件其零件的精准程度对领域应用可产生重要影响。目前加工质量处在不断完善改进的情况。虽然轮廓误差在不断缩小但问题依旧存在, 下文对轮廓误差进行分析并提出了补偿计算方法。
一、大型回转体零件表面轮廓误差的成因
目前, 大型回转体零件的制造加工主要是利用复合机床为加工主体进行的。专业加工设备优势在于可基本满足于目前应用领域所需回转体零件的加工。复合机床刀具会随着驱动电机对托辊的作用而产生高速旋转, 对回转体进行NC辅助切割。因而误差会随着托辊与回转体外部环形产生自身误差, 进而也可从回转中心旋转中刀头移动产生。因回转过程中的不规则振动频率无法精准避免托辊与零件两者的轮廓误差扩大。
二、大型回转体零件加工机床的组成结构
大型回转体零件的加工机床是通过运动工作台和运动导轨以及滑动装置台和托辊、主工作轴共同构成, 通过把加工零件固定在托辊上保持其高速旋转带动加工零件的转动, 并且用主体工作轴对零件外表进行轮廓加工。在整体加工中会产生作用于运动滑台和导轨以及工作台这三方力的作用移动, 而且在加工零件内部圆周轮廓时会形成相应的内孔。当旋转移动成直角度数后整体加工完成时, NC系统在全过程中会对三个方向力的移动速度进行控制, 进而对完成的整个加工过程进行辅助。
三、大型回转体零件的表面测量和误差补偿
对零件加工机床的表面测量和误差补偿需要通过机床和CMC系统以及测量传感器和旋转角度感应器共同协作完成。CNC系统主要对NC伺服控制和刀头移动轨迹构成, 并对其进行移位补偿。计算表面轮廓误差需要通过机床上安装的测量传感器协作完成, 通过图1可以看出测量零件表面的V数值和托辊轮廓误差数为△r1和△r2。得出同步旋转角度传感器测量零件角度值为θ并通过分析刀具补偿装置传回的实时处理数值计算得到零件表面误差值。根据零件轮廓误差数值和托辊误差数值计算出切割刀具的补偿值为△x, △y。用数值叠加于刀头移迹中。
四、轮廓表面加工误差产生分析
加工零件盒机床的位置对加工误差有重要影响。当零件选择中因托辊和自身的轮廓误差会让转动中心产生不同频率的接触振动。利用刀具对零件进行切割时误差会按照固定位置转移传导到零件外形轮廓面产生滑行平移。这些情况都会造成误差的产生。
当刀具切割过程中托辊的圆心L距离不断改变。并以R10与R20的连接距离设为X轴并以零件圆心做垂直于X轴的Y轴。则推出零件圆心和托辊圆心的推导公式。设定为b=R+r+△RB+△r B和c=R+r+△Rc+△2c。
同理
所以△x、△y因而表示为:
通过点A的r增量为△R4, 则点A的综合变化值为点A到r增量与点B, C的r增量在R0A方向中的投影和。并由于回转体是刚性体, 它位置的变化时随旋转中心位置进行变化。因此, 点A的误差数值可以表述为点A的r增量与零件圆心的位置变化与R0A中的数值投影和。为V (A) , 其公式也可以表示为V (A) =△R4+△x sinβ+△y cosβ
通过带入上述公式整理可得出:
△R (0) 为零件轮廓表面误差数值。点A、B、C的表面误差为:△R (0) , △R (θ+θAB) , △R (θ+θac) , θAB, θAB是ABC三点的夹角。因此, 托辊支撑点的表面轮廓误差可以概况为:△r1 (θ|) , △r2 (θ|) 两个表示数值。
公式可以测量A点变化数值。通过△R (θ+θAB) , △R (θ+θac) , θAB的反应是可以半停支撑点的轮廓误差的[2]。
五、结语
大型回转体零件的加工机床属于重量与体积大的设备, 同时加工过程是一项精准细密的制造过程。这就无法避免误差的产生, 通过对表面轮廓误差成因的分析和数值实时补偿的计算研究, 可以让零件制造得到质量提升。
大型回转支撑 篇7
回转机构作为堆取料机的工作机构, 工作级别较高, 回转支承作为回转机构其中的一个部件, 也是至关重要的。对于国内的堆取料机设备回转支承型式, 人们普遍存在一种习惯性思维, 一方面受德国技术的影响, 习惯于将回转轴承和大齿圈合二为一, 通过齿轮啮合, 进行回转过程中的扭矩传递;另外一方面受日本技术的影响, 习惯于采用将回转台车作为回转支承, 通过销齿传动进行扭矩传递, 两者各有优缺点, 具体选型更多是根据用户的喜好。随着铁矿石贸易的快速发展, 船舶的大型化导致了设备的大型化发展, 上述两种方式传动方式在应用过程中所存在的问题进一步凸显, 新型的回转支承方式的应用已非常迫切。
2 传统回转支承的性能分析
传统的回转支承有两种, 分别是回转台车+销齿传动、回转轴承+齿轮传动, 这两种型式各有优缺点, 其性能情况分别如图1所示。
2.1 回转台车+销齿传动
回转台车+销齿传动的回转支承主要是通过四组台车, 将回转平台以及上部所有部件支承于布置在门座架上的轨道上, 由回转驱动机构驱动小齿轮, 通过布置在门座架上的销轮进行扭矩传递, 实现回转动作, 另采用水平轮辅助, 以防止台车跑偏, 其结构型式如图2所示。
这种支承方式具有载荷传递明确, 构造原理简单, 故障容易分析, 对于维护人员要求不高, 维护成本较低等优点, 适合应用于处理煤炭等具有润滑作用的物料的工况。不足之处在于回转轨道制作难度大, 台车、轨道、水平轮、水平轮轨道等回转中心不易一致, 对加工精度要求高, 另外不适合应用于矿石等工况, 矿粉会增大车轮和轨道之间的摩擦系数, 加大运行阻力。
2.2 回转轴承+齿轮传动
回转轴承+齿轮传动的支承方式主要是通过可相对转动的回转轴承内、外圈将回转平台以及上部所有部件支承于门座架上, 同时将大齿圈与回转轴承合二为一, 通过回转小齿轮与大齿圈的齿轮啮合传递扭矩, 实现回转动作, 其结构型式如下:
回转轴承和齿圈作为外购件, 所有加工工作均由产品供应商负责, 对于主机商来说只需要负责两个轴承接触面的加工, 加工工作大幅度减少, 日常维护工作主要是轴承的润滑以及连接螺栓的防松检查。这种支承型式具有整体结构型式简洁, 干净, 日常维护工作量少等优点。不足之处在于, 这种支承方式前期投入成本相对较高, 后期一旦有故障, 设备的维护成本也很高, 随着设备的大型化, 标准的大齿圈圆周力已不能满足设备的选型需要, 需要特制, 这会增加前期的投入成本, 随着设备的大型化, 该缺点已日趋明显。
3 新型回转支承方式的性能分析
新型回转支承方式是上述两种传统回转支承方式的结合体, 采用回转轴承+销齿传动, 通过可相对转动的回转轴承内、外圈将回转平台以及上部所有部件支承于门座架上, 通过布置在门座架的回转销轮与回转小齿轮啮合, 传递扭矩, 实现回转动作, 具体结构型式如图3所示。
新型回转支承方式采用了回转轴承, 实现了回转平台和门座架的相对转动, 具有整体结构型式简洁, 日常维护工作量少等优点;采用了销齿传动, 通过调整销轴的直径和高度有效地解决了标准齿圈圆周力不够的问题, 更为重要的是整体的投入成本较回转轴承+齿轮传动方式降低了, 后续维护成本较回转台车+销齿传动方式降低, 一旦轴承出现故障, 其维修成本也较回转轴承+齿轮传动方式大大降低。
4 新型回转支承方式的应用
新型回转支承方式克服了回转台车+销齿传动方式不适合应用于处理物料为矿石的场合、结构复杂、加工难度大, 要求精度高等缺点, 同时也克服了回转轴承+齿轮传动方式前期投入成本高, 标准齿圈圆周力不够等缺点, 在处理铁矿石的大型堆取料机上应用, 将凸显其价值, 在应用过程中需要注意以下几个方面:
4.1 回转轴承的类型选择
在堆取料机上应用比较广泛的回转轴承的类型主要是三排滚柱式与球柱联合式, 三排滚柱承载能力强, 受到更多用户青睐, 但是对堆取料机基础要求高, 不能很好适应基础的不均匀沉降, 另外对于堆取料机上部结构重心变化范围大也不能很好适应;相比三排滚柱式, 球柱联合式回转轴承能更好的适应轨道基础不均匀沉降, 在相同成本的情况下通过适当加大回转轴承的直径, 增加滚动体的数量可以提高回转轴承的承载能力, 回转轴承的直径加大, 可以更好适应堆取料机上部结构重心变化范围大的特点, 两种结构型式分别如图4所示:
回转轴承的类型选择需要根据设备的运行工况、承载能力、成本等方面综合考虑, 对于大型堆取料机来说, 建议采用球柱联合型式, 更好地适应堆取料机的设计和运行工况。
4.2 避免物料堆积
采用了销齿传动, 整体结构型式相对复杂一些, 由于上方皮带机作业过程中可能洒料, 通过回转平台落至门座架上, 设计销轮时需要充分考虑该工况, 保证足够的间隙, 便于及时清理或冲洗, 避免由于不便清理导致钢结构受到不正常的腐蚀。
4.3 销轴的固定方式
销齿传动的采用, 有效地解决了回转大齿圈圆周力不够的问题, 但是回转小齿轮和销轮啮合的过程中会导致销轮上的销轴圆周方向上出现不均匀的磨损, 为提高销轴的使用寿命, 设计时可以考虑将销轴的固定面做成正三角形, 一面出现磨损的时候, 可以通过旋转销轴120°继续使用, 延长销轴的使用寿命, 降低维护成本。
结语
本文通过对两种传统的回转支承的性能分析, 并结合大型堆取料机的设计和运行工况, 给出采用新型回转支承方式的建议, 对设计工程师和设备管理人员在参与大型堆取料机项目的时候具有指导意义。
摘要：本文通过分析两种传统回转支承在堆取料机上应用存在的问题, 推荐适用于大型堆取料机的一种新型回转支承, 并提出应用过程中的注意点。
关键词：回转轴承,销齿传动,圆周力,球柱联合,大型堆取料机
参考文献
[1]朱孝录.齿轮传动设计手册[M].北京:化学工业出版社, 2004.
[2]徐立民, 陈卓编.回转支承[M].合肥:安徽科学技术出版社, 1988.