Гидропривод наклона дуговой сталеплавильной печи ДСП-100
|
1. Описание и особенности работы дуговой электросталеплавильной печи . ... 7
1.1. Особенности работы гидроприводов металлургических печей 10
1.2. Общность взглядов современников о теме компьютерного
моделирования 13
1.3. Методы выполнения имитационных моделей 15
2. Моделирование гидравлических приводов 17
2.1. Общий принцип моделирования 17
2.2. Основные параметры гидравлических систем и возможность их учета в
модели 18
3. Расчет гидропривода 19
3.1. Расчет усилия на штоках гидроцилиндра 19
3.2. Расчет основных параметров гидропривода 24
3.3. Условие прочности 25
3.4. Расчет гидроцилиндра на устойчивость 26
3.5. Расчет параметров трубопроводов 29
3.7. Выбор насоса 33
3.8. Выбор гидрораспределителя 34
4. Формирование модели 34
4.1. Геометрические параметры печи 34
4.2. Построение твердотельных частей модели и формирование подсистемы
механизма с файлами типа «Solid» 36
4.3. Моделирование переменной массы металла 42
4.4. Построение блок схемы MatLab Fluids 44
4.5. Соединение составных частей 55
4.6. Вывод данных 57
5. Параметрический анализ 62
Заключение 65
Библиографический список 68
Приложение А 70
1.1. Особенности работы гидроприводов металлургических печей 10
1.2. Общность взглядов современников о теме компьютерного
моделирования 13
1.3. Методы выполнения имитационных моделей 15
2. Моделирование гидравлических приводов 17
2.1. Общий принцип моделирования 17
2.2. Основные параметры гидравлических систем и возможность их учета в
модели 18
3. Расчет гидропривода 19
3.1. Расчет усилия на штоках гидроцилиндра 19
3.2. Расчет основных параметров гидропривода 24
3.3. Условие прочности 25
3.4. Расчет гидроцилиндра на устойчивость 26
3.5. Расчет параметров трубопроводов 29
3.7. Выбор насоса 33
3.8. Выбор гидрораспределителя 34
4. Формирование модели 34
4.1. Геометрические параметры печи 34
4.2. Построение твердотельных частей модели и формирование подсистемы
механизма с файлами типа «Solid» 36
4.3. Моделирование переменной массы металла 42
4.4. Построение блок схемы MatLab Fluids 44
4.5. Соединение составных частей 55
4.6. Вывод данных 57
5. Параметрический анализ 62
Заключение 65
Библиографический список 68
Приложение А 70
Металлургический сектор промышленности направлен на переработку, а иногда и добычу металлов и сплавов. Металлургическая продукция обеспечивает развитие многих других отраслей, ведь без поставки алюминия не изготовить летательные аппараты, без проводящих материалов не изготовить чипы и этот список можно продолжать до бесконечности. Однако доля ВВП у металлургии сравнительно мала - около 5%.
Металлургическая промышленность имеет в своем составе тысячи градообразующих предприятий, комплексов и различных организаций. Металлургия играет важную роль в формировании макроэкономики страны. Без развитой металлургии невозможен технический прогресс практически ни в одной отрасли, поэтому развитию этой промышленности уделяется особое внимание.
Вся металлургическая промышленность делится на два основных вида - черная и цветная металлургия. Обработка железной руды, производством чугуна и сталей, которые как правило используются в машиностроении занимается черная металлургия. Добычей, обогащением и выплавкой, цветных металлов, таких, например, как медь, алюминий или никель, занимается, соответственно, цветная металлургия.
Сталеплавильные печи были и остаются востребованными устройствами в металлургической отрасли. Сама концепция за многие годы не потерпела кардинальных изменений - металл нагревается, плавится и сливается в форму, однако разнообразие методов нагрева породило и разнообразие видов печей.
Совершенствование, модернизация и модификация металлургической техники и оборудования является одной из первостепенных задач при развитии данной промышленности. Приведем в пример электродуговые сталеплавильные печи (ДСП). ДСП получили свою распространенность благодаря большому диапазону расплавляемого металла в емкости и возможностью применять в процессе плавки большие температуры.
Принцип действия таких печей основан на получении высокой температуры с помощью электродуги. На графитовый электрод подается напряжение и, в зависимости от типа ДСП, между электродом и ответным проводником возникает электрическая дуга, которая либо взаимодействует с металлом напрямую, расплавляя его, либо передает температуру с помощью конвекции.
Основные виды и принципы работы дуговых сталеплавильных печей:
1. ДСП прямого действия - электрическая дуга возникает между электродом и металлом под плавку, и тепло, соответственно, передается напрямую через дугу.
2. ДСП косвенного действия - электрическая дуга возникает между двумя электродами, а металл плавится от теплового излучения дуги.
3. ДСП сопротивления - электрическая дуга возникает под слоем шихты, а плавка происходит за счет теплопроводности и конвекции.
4. ДСП вакуумные - электрическая дуга возникает в инертном газе.
5. Плазменно-дуговые сталеплавильные печи - металл нагревается электродугой одновременно со струей плазмы.
В эпоху развития программного обеспечения для инженерных работ многие механизмы и процессы необходимо моделировать в компьютерной симуляции, для более точных расчетов и большего понимания работы в тех или иных условиях.
Дуговые сталеплавильные печи имеют в своем составе гидравлический механизм опрокидывания сталеплавильной емкости, от которого зависит расход жидкого металла при разлитии в форму или в бак для транспортировки. Для того, чтобы должным образом оценить нагрузки на гидроцилиндры и подобрать необходимую угловую скорость наклона имеет смысл использовать динамическую модель печи. Это позволяет не тратить время на многочисленные расчеты и выведение зависимостей между параметрами механизма.
Динамическая модель, как правило, существует в трехмерной системе координат, где внешние силы, такие, как например сила тяжести, устанавливаются уравнениями внутри программного обеспечения.
Преимущества использования имитационной модели заключаются в том, что при изменении любых необходимых параметров есть возможность быстро и безболезненно их изменить. Также наглядная визуализация работы механизма является несомненным плюсом даже для специалистов.
Проблема
В данный момент вместе с развитием технологий растут и возможности специалистов. Вновь прибывшие в производство молодые работники первое время работают на сухой теории и энтузиазме, зачастую смутно представляя уже хорошо известные закаленным инженерам механизмы.
Как правило конструктора при проектировании создают модели разрабатываемых узлов и рассчитывают необходимые параметры порознь, не объединяя динамику и реальную геометрию.
Исключить вышеперечисленные недочеты можно создавая динамическую трехмерную модель при разработке новых проектов, а также моделирую уже известные механизмы для возможного использования в дальнейшем.
О необходимости разработки моделей в машиностроительном производстве писали Ягопольский А.Г., Андрюхин Н.Д. и Тутукин Д.Г. в своей работе [1]. Сложно не согласиться с тем, что модели позволяют значительно сэкономить как финансовые ресурсы, так и человеческие, так как лучше обнаружить недочеты конструкции на этапе проектирования, нежели на этапе проверки экспериментальной модели.
Цель работы
Создание наглядной работоспособной имитационной модели гидравлической и механической системы опрокидывания дуговой сталеплавильной печи.
Металлургическая промышленность имеет в своем составе тысячи градообразующих предприятий, комплексов и различных организаций. Металлургия играет важную роль в формировании макроэкономики страны. Без развитой металлургии невозможен технический прогресс практически ни в одной отрасли, поэтому развитию этой промышленности уделяется особое внимание.
Вся металлургическая промышленность делится на два основных вида - черная и цветная металлургия. Обработка железной руды, производством чугуна и сталей, которые как правило используются в машиностроении занимается черная металлургия. Добычей, обогащением и выплавкой, цветных металлов, таких, например, как медь, алюминий или никель, занимается, соответственно, цветная металлургия.
Сталеплавильные печи были и остаются востребованными устройствами в металлургической отрасли. Сама концепция за многие годы не потерпела кардинальных изменений - металл нагревается, плавится и сливается в форму, однако разнообразие методов нагрева породило и разнообразие видов печей.
Совершенствование, модернизация и модификация металлургической техники и оборудования является одной из первостепенных задач при развитии данной промышленности. Приведем в пример электродуговые сталеплавильные печи (ДСП). ДСП получили свою распространенность благодаря большому диапазону расплавляемого металла в емкости и возможностью применять в процессе плавки большие температуры.
Принцип действия таких печей основан на получении высокой температуры с помощью электродуги. На графитовый электрод подается напряжение и, в зависимости от типа ДСП, между электродом и ответным проводником возникает электрическая дуга, которая либо взаимодействует с металлом напрямую, расплавляя его, либо передает температуру с помощью конвекции.
Основные виды и принципы работы дуговых сталеплавильных печей:
1. ДСП прямого действия - электрическая дуга возникает между электродом и металлом под плавку, и тепло, соответственно, передается напрямую через дугу.
2. ДСП косвенного действия - электрическая дуга возникает между двумя электродами, а металл плавится от теплового излучения дуги.
3. ДСП сопротивления - электрическая дуга возникает под слоем шихты, а плавка происходит за счет теплопроводности и конвекции.
4. ДСП вакуумные - электрическая дуга возникает в инертном газе.
5. Плазменно-дуговые сталеплавильные печи - металл нагревается электродугой одновременно со струей плазмы.
В эпоху развития программного обеспечения для инженерных работ многие механизмы и процессы необходимо моделировать в компьютерной симуляции, для более точных расчетов и большего понимания работы в тех или иных условиях.
Дуговые сталеплавильные печи имеют в своем составе гидравлический механизм опрокидывания сталеплавильной емкости, от которого зависит расход жидкого металла при разлитии в форму или в бак для транспортировки. Для того, чтобы должным образом оценить нагрузки на гидроцилиндры и подобрать необходимую угловую скорость наклона имеет смысл использовать динамическую модель печи. Это позволяет не тратить время на многочисленные расчеты и выведение зависимостей между параметрами механизма.
Динамическая модель, как правило, существует в трехмерной системе координат, где внешние силы, такие, как например сила тяжести, устанавливаются уравнениями внутри программного обеспечения.
Преимущества использования имитационной модели заключаются в том, что при изменении любых необходимых параметров есть возможность быстро и безболезненно их изменить. Также наглядная визуализация работы механизма является несомненным плюсом даже для специалистов.
Проблема
В данный момент вместе с развитием технологий растут и возможности специалистов. Вновь прибывшие в производство молодые работники первое время работают на сухой теории и энтузиазме, зачастую смутно представляя уже хорошо известные закаленным инженерам механизмы.
Как правило конструктора при проектировании создают модели разрабатываемых узлов и рассчитывают необходимые параметры порознь, не объединяя динамику и реальную геометрию.
Исключить вышеперечисленные недочеты можно создавая динамическую трехмерную модель при разработке новых проектов, а также моделирую уже известные механизмы для возможного использования в дальнейшем.
О необходимости разработки моделей в машиностроительном производстве писали Ягопольский А.Г., Андрюхин Н.Д. и Тутукин Д.Г. в своей работе [1]. Сложно не согласиться с тем, что модели позволяют значительно сэкономить как финансовые ресурсы, так и человеческие, так как лучше обнаружить недочеты конструкции на этапе проектирования, нежели на этапе проверки экспериментальной модели.
Цель работы
Создание наглядной работоспособной имитационной модели гидравлической и механической системы опрокидывания дуговой сталеплавильной печи.
Таким образом, при имитационном моделировании, реализующий модель алгоритм воспроизводит процесс функционирования системы во времени, причем имитируются элементарные явления, составляющие процесс с сохранением их логической структуры и последовательности протекании во времени, что позволяет по исходным данным получить сведения о состоянии процесса в определенные моменты времени, дающие возможность оценить характеристики системы.
Рекомендуется использовать имитационное моделирование в следующих случаях:
1. Если не существует законченной постановки задачи исследования и идет процесс познания объекта моделирования. Имитационная модель служит средством изучения явления.
2. Если аналитические методы имеются, но математические процессы сложны и трудоемки, и имитационное моделирование дает более простой способ решения задачи.
3. Когда кроме оценки влияния параметров процесса или системы желательно осуществить наблюдение за поведением компонента процесса или системы в течение определенного периода.
5. Когда необходимо контролировать протекание процессов или поведение систем путем замедления или ускорения явлений в ходе имитации.
6. При подготовке специалистов новой техники, когда на имитационных моделях обеспечивается возможность приобретения навыков в эксплуатации новой техники.
7. Когда изучаются новые ситуации в разрушающих программных средствах. В этом случае имитация служит для проверки новых стратегий и правил проведения натурных экспериментов.
Однако имитационное моделирование наряду с достоинствами имеет и недостатки:
1. Разработка хорошей имитационной модели часто обходится дороже создания аналитической модели и требует больших временных затрат. Однако чем более квалифицированный специалист занимается построением модели - тем меньше времени будет затрачено.
2. Может оказаться, что имитационная модель неточна, и степень неточности можно лишь «прикинуть» опытным взглядом.
3. Зачастую исследователи обращаются к имитационному моделированию, не представляя тех трудностей, с которыми они встретятся и совершают при этом ряд ошибок методологического характера.
И, тем не менее, имитационное моделирование является одним из наиболее широко используемых методов при решении задач синтеза и анализа сложных процессов и систем.
Рекомендуется использовать имитационное моделирование в следующих случаях:
1. Если не существует законченной постановки задачи исследования и идет процесс познания объекта моделирования. Имитационная модель служит средством изучения явления.
2. Если аналитические методы имеются, но математические процессы сложны и трудоемки, и имитационное моделирование дает более простой способ решения задачи.
3. Когда кроме оценки влияния параметров процесса или системы желательно осуществить наблюдение за поведением компонента процесса или системы в течение определенного периода.
5. Когда необходимо контролировать протекание процессов или поведение систем путем замедления или ускорения явлений в ходе имитации.
6. При подготовке специалистов новой техники, когда на имитационных моделях обеспечивается возможность приобретения навыков в эксплуатации новой техники.
7. Когда изучаются новые ситуации в разрушающих программных средствах. В этом случае имитация служит для проверки новых стратегий и правил проведения натурных экспериментов.
Однако имитационное моделирование наряду с достоинствами имеет и недостатки:
1. Разработка хорошей имитационной модели часто обходится дороже создания аналитической модели и требует больших временных затрат. Однако чем более квалифицированный специалист занимается построением модели - тем меньше времени будет затрачено.
2. Может оказаться, что имитационная модель неточна, и степень неточности можно лишь «прикинуть» опытным взглядом.
3. Зачастую исследователи обращаются к имитационному моделированию, не представляя тех трудностей, с которыми они встретятся и совершают при этом ряд ошибок методологического характера.
И, тем не менее, имитационное моделирование является одним из наиболее широко используемых методов при решении задач синтеза и анализа сложных процессов и систем.
содержание ВКР - Гидропривод наклона дуговой сталеплавильной печи ДСП-100
выдержки из готовой ВКР – Гидропривод наклона дуговой сталеплавильной печи ДСП-100