CC BY
54
УДК 621.365:681.51
К. Е. КАРПУХИН, А. В. СЕРГЕЕВ
ЭЛЕКТРОГИДРАВЛИЧЕСКИЙ ПРИВОД ПЕРЕМЕЩЕНИЯ ЭЛЕКТРОДА ДУГОВОЙ ПЛАВИЛЬНОЙ ПЕЧИ
Рассмотрела структурная схема электрогидравлического привода перемещения, электрода дуговой сталеплавильной печи постоянного тока и определены её основные параметры, приведены результаты испытаний.
Ключевые слова: электрогидравштческий привод, электродуговая печь.
Механизм перемещения электродов имеет важное значение для управления электрическим режимом печи, так как его работа определяет качество системы автоматического регулирования электрического режима плавки, которое, в свою очередь, оказывает влияние на производительность печи, удельный расход электроэнергии. Отклонения электрического режима от заданного устраняют путём перемещения электродов. При установке электрода в печи необходимо обеспечить заданную длину дуги с точностью до нескольких миллиметров, это значение может составлять всего 10.. .20 мм [3].
Привод перемещения электрода традиционно выполняют электромеханическим или гидравлическим. Гидравлический привод перемещения электрода обладает рядом преимуществ по сравнению с электромеханическим приводом: компактность, удобство управления, бесшумность работы, возможность бесступенчатого регулирования скорости в широком диапазоне, высокая удельная развиваемая мощность, однотипность с другими приводами механизмов печного агрегата.
Известно, что линеаризованная структурная схема ЭГП имеет вид, представленный на рис. 1
[4].
Составим модель и определим передаточную функцию электрогидравлического привода с дроссельным регулированием. Его основными
узлами являются усилитель ^, электромеханический преобразователь ¡у2 и гидродвигатель $3 . Рассмотрим каждый из этих узлов.
Усилитель считаем безынерционным с передаточной функцией
(1)
где и3, IIу - напряжения задания и управле-
ния.
Работа гидродвигателя описывается уравнениями (1):
т
с12у
Ж2
= АЛ ~сшУ>
Кдхх-К0_рРд=Ап^+КЕ
(2)
я сИ
где т - масса подвижных частей гидропривода, приведённых к оси цилиндра; у - координата перемещения поршня гидроцилиндра;
сш - коэффициент позиционной
ш;Ап - рабочая площадь поршня; Рд=Р\-Г\ -перепад давлений в гидроцилиндре;
Рис. 1. Структурная схема ЭГП
© Карпухин К. Е., Сергеев А. В., 2012
* - перемещение золотника; - коэффи-
циент усиления золотника по расходу">Кд -
Уо
коэффициент скольжения; - коэффи-
2 Е
циент сжатия жидкости; V ^=\,2Апутах - рабочий объём гидроцилиндра; Е - модуль объёмной упругости.
Передаточная функция гидродвигателя на основании преобразования уравнения (2) при
условии Сш =0 запишется в виде
Х(р) р{т£р2+2%КТКР+\)
, (3)
где Ку - коэффициент усиления по скоро-
сти; Тк =
двигателя;
m
С
постоянная времени гидро-
Г
„ J— ~ коэффициент демпфирова-
2 В
2FA2 А2
ния; ; В=- А"
Vc
К,
о
Найдём параметры передаточной функции (2.5) для исследуемой системы. Исходные данные следующие [2, 5]: т = 95 кг; ¿/=3,0
КГ
см; И = 4,0 см; £ = 1,9-108 —; утах = 0,5 м;
м
Kq. =0,015
СМ
Н-с
На основании этих данных получаем следующие значения:
Ап 5,5
см2; Сг - 34,8 -104 —
м
Н-с
Тк = 1,7-10 с ; В = 2017——; #£=0,14.
см
Уравнения, описывающие работу электромеханического преобразователя, имеют вид
[4]:
сИу
ЬУ~Ж~+КУ1У У
2 ' 2 с1 х „ ах
Т>
ly dt2
4Ti
dt
-=Kni
Q у
где Ьу, К у, ¿у, и у - индуктивность, сопротивление, ток и напряжение цепи управления; Т\у, Т2у - постоянные времени электромеханического преобразователя; К0 - коэффициент передачи.
На основе системы уравнений (4) находим передаточную функцию ЭМП
w3Mn(P)=
KQ/Ry
_ KQ/Ry .
(Тур+1)(Т?урЩуР+1) Тур+\ '
L
(5)
где Ту-—— постоянная времени обмотки
Ry
управления.
Ввиду малости ТХу и Т1у передаточную
функцию ЭМП можно упростить до звена первого порядка Ly = 0,072 Гн; Ry = 550 Ом; Ту= 0,0013 с.
Результирующая передаточная функция электрогидравлического привода на основе формул (1), (3), (5) принимает вид
^эгп (р>
к
__J{p).
р(т£р2+2£кткр+1)(тур+1) Щр)'
КусКуКр
где К=—--— - общий коэффициент
КУ
передачи электрогидравлического привода.
В электрогидравлическом приводе общий коэффициент передачи К связывает выходную скорость с выходным напряжением задания и может быть найден по приращениям сигналов:
K=*L = 1,5
м
А1/3 ' мин-В
На основе этого можно составить структурную схему линейной модели электрогидравлического привода (рис. 2) [2].
Разработанный на основе полученной модели электрогидравлического привода блок управления ЭГП прошел испытания на Ульяновском заводе ОАО «Гидроаппарат». При проведении испытаний снимались зависимости расхода жидкости через гидрораспределитель от тока электромагнита гидрораспределителя. Соответствующая характеристика приведена на рис.3.
Минимальная скорость движения штока гидроцилиндра с разработанным блоком управления составила 33 мм/мин. Проводились измерения неравномерности движения ЭГП на минимальной скорости, результаты приведены на рис. 4. Во время этих испытаний использовался датчик с чувствительностью 10 В^. Неравномерность движения определяется по осциллограмме рис. 4. Амплитуда колебаний 0,02£, частота колебаний / ~ 70 Гц. Датчик измеряет ускорение поэтому связь с
Ку
р(Т2кр2 + 24кТкр +
Рис. 2. Структурная схема линейной модели электрогидравлического привода
100 200 Рис. 3. Характеристика расхода жидкости
300 400 500
Ток, мА
от тока управления гидрораспределителя
МауеЬгт Раде: 4
*
Рис. 4. График неравномерности движения ЭГП на минимальной скорости
По результатам испытаний можно сделать следующие выводы:
- отсутствует неоднозначность на рабочем участке характеристики гидрораспределителя;
- по сравнению со штатным блоком управления снижена неравномерность движения на низкой скорости (8%).
неравномерностью движения (АУ) определяется
, тг Ад л /чл/ч _ ММ Л „ ММ
формулой АУ = ——1000 • 60-- ~ 2,7
27$ мин мин
Неравномерность движения на минимальной
АУ
скорости составит-^8%.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Гамынин, Н. С. Динамика быстродействующего гидравлического привода / Н. С. Гамынин, Ю. К. Жданов, А. Л. Климашин. - М. : Машиностроение, 1979. - 80 с.
2. Доманов, В. И. Электрогидропривод дорожно-строительных машин / В. И. Доманов,
A. В. Доманов, К. Е. Карпухин // Электроника и электрооборудование транспорта. - 2010. - №5-
6. - С. 46-49.
3. Окороков, Н. В. Дуговые сталеплавильные печи / Н. В. Окороков. - М. : Металлургия, 1971. -334 с.
4. Солодовников, В. В. Основы теории и элементы систем автоматического регулирования /
B. В. Солодовников, В. Н. Плотников, А. В. Яковлев. - М.: Машиностроение, 1985. - 536 с.
5. Хохлов, В. А. Электрогидравлические следящие системы / В. А. Хохлов, В. Н. Прокофьев и др.; под ред. В. А. Хохлова. - М. : Машиностроение, 1971.-431 с.
Карпухин Константин Евгеньевич, ассистент кафедры «Электропривод и АПУ» Ульяновского государственного технического университета. Сергеев Андрей Владимирович, студент энергетического факультета Ульяновского государственного технического университета.
ч
4
