يعد اختيار قوة المحرك أحد أهم القرارات عند تصميم أو ترقية مطحنة الدرفلة. يمكن أن يؤدي اختيار المحرك الخاطئ إلى فشل المعدات, توقف الإنتاج, أو تكاليف الطاقة المهدرة. في هذا الدليل, سوف نستكشف الأساليب الأساسية التي يستخدمها المهندسون لتحديد قوة المحرك المناسبة لأنواع مختلفة من تطبيقات الدرفلة.
فهم خصائص تحميل مطحنة الدرفلة
قبل اختيار قوة المحرك لمطحنة الدرفلة, يجب على المهندسين أولاً أن يفهموا كيف يتصرف الحمل أثناء التشغيل. تقوم عملية الدرفلة بإنشاء أنماط تحميل مختلفة اعتمادًا على المادة التي تتم معالجتها, rolling speed, ونسبة التخفيض. تؤثر خصائص التحميل هذه بشكل مباشر على طريقة الحساب التي تعمل بشكل أفضل.
يمكن تصنيف مصانع الدرفلة إلى ثلاث فئات رئيسية بناءً على أنماط الأحمال التشغيلية الخاصة بها:
| فئة | سلوك التحميل | أنواع المحركات الشائعة | التطبيقات النموذجية |
|---|---|---|---|
| يكتب 1 | حمل ثابت مع اختلافات طفيفة | المحرك التعريفي للتيار المتردد, محرك متزامن | المطاحن الشريطية الساخنة المستمرة, مصانع قضبان الأسلاك |
| يكتب 2 | تقلبات كبيرة في الأحمال مع متطلبات الذروة | محرك تيار متردد مع دولاب الموازنة, محرك DC المركب | المطاحن المزهرة, مطاحن بلاطة |
| يكتب 3 | تغيرات السرعة المتكررة والعكس | محرك تحويلة العاصمة, محرك التردد المتغير AC | عكس المطاحن الباردة, مطاحن لوحة |
طريقة 1: حساب الحمل الثابت
تعد طريقة التحميل الثابت هي أبسط طريقة وتعمل بشكل جيد مع مصانع الدرفلة حيث يظل الحمل ثابتًا نسبيًا أثناء التشغيل. تحسب هذه الطريقة قوة المحرك بناءً على قوة التدحرج المطلوبة لتشويه المعدن دون مراعاة أحمال التسارع أو التباطؤ.
الصيغة الأساسية لحساب الطاقة الثابتة
ف = م × ن / 9550
أين:
ف = قوة المحرك (KW)
م = عزم الدوران (ن · م)
ن = سرعة اللفة (دورة في الدقيقة)
9550 = ثابت التحويل
يتكون عزم الدوران من عدة مكونات يجب حسابها بشكل منفصل:
- تشوه عزم الدوران: القوة اللازمة لتشويه المعدن بشكل لدن
- عزم الاحتكاك: المقاومة من محامل الرقبة لفة
- خسائر الإرسال: الطاقة المفقودة في علب التروس والوصلات
متطلبات الطاقة الثابتة النموذجية
| نوع مطحنة الدرفلة | قطر لفة (مم) | قوة المحرك النموذجية (KW) | نطاق السرعة (دورة في الدقيقة) |
|---|---|---|---|
| مطحنة الشريط الساخن | 600-800 | 5,000-10,000 | 50-200 |
| مطحنة الشريط البارد | 400-600 | 3,000-8,000 | 100-500 |
| مطحنة اللوحة | 800-1200 | 8,000-15,000 | 30-120 |
| مطحنة قضبان الأسلاك | 200-350 | 500-2,000 | 300-1000 |
| مطحنة القسم | 500-900 | 2,000-6,000 | 60-180 |
طريقة 2: حساب الحمل الديناميكي باستخدام دولاب الموازنة
عندما تواجه مطحنة الدرفلة اختلافات كبيرة في الأحمال بين الممرات, غالبًا ما يضيف المهندسون دولاب الموازنة إلى نظام القيادة. تتطلب هذه الطريقة حسابات أكثر تعقيدًا لأن دولاب الموازنة تقوم بتخزين وإطلاق الطاقة الحركية أثناء التشغيل.
كيف تعمل الحذافات في مصانع الدرفلة
أثناء التمرير المتداول (عندما يتم تشويه المعدن), تتباطأ دولاب الموازنة وتطلق الطاقة المخزنة لمساعدة المحرك في التغلب على أحمال الذروة. خلال الفجوة بين التمريرات (لا تحميل), تتسارع دولاب الموازنة مرة أخرى وتخزن الطاقة للتمرير التالي. يسمح هذا النظام للمهندسين باستخدام محرك أصغر مما هو مطلوب.
ملاحظة هامة: يؤدي استخدام دولاب الموازنة إلى فقدان طاقة إضافية بسبب التسارع والتباطؤ المستمر. ويجب أخذ هذه المقايضة في الاعتبار عند حساب كفاءة النظام بشكل عام.
مكونات عزم الدوران الديناميكي
لمصانع الدرفلة المجهزة بدرفلة الموازنة, يشمل إجمالي عزم دوران المحرك:
| مكون عزم الدوران | وصف | النطاق النموذجي (%) |
|---|---|---|
| عزم دوران ثابت | القوة اللازمة لتشوه المعادن | 60-75% |
| دولاب الموازنة تسريع عزم الدوران | الطاقة لاستعادة سرعة دولاب الموازنة | 15-25% |
| الاحتكاك والخسائر | تحمل الاحتكاك, انحراف القذيفه بفعل الهواء, الانتقال | 10-15% |
معلمات حجم دولاب الموازنة
لحظة دولاب الموازنة من الجمود (جي دي²) يتم حسابه على أساس سعة تخزين الطاقة المطلوبة. فيما يلي القيم النموذجية لأحجام مطحنة الدرفلة المختلفة:
| قوة المحرك (KW) | دولاب الموازنة GD² (كجم · م²) | انخفاض السرعة (%) | وقت الاسترداد (ق) |
|---|---|---|---|
| 500-1,000 | 2,000-5,000 | 8-12% | 1.5-2.5 |
| 1,000-3,000 | 5,000-15,000 | 10-15% | 2.0-3.5 |
| 3,000-6,000 | 15,000-40,000 | 12-18% | 3.0-5.0 |
طريقة 3: طريقة التحميل المكافئة لعكس المطاحن
يمثل عكس مصانع الدرفلة السيناريو الأكثر تحديًا في اختيار المحرك. يجب أن تتسارع هذه المطاحن بشكل متكرر, يتباطأ, والاتجاه المعاكس, خلق أحمال ديناميكية كبيرة. تراعي طريقة التحميل المكافئ هذه الظروف المتغيرة عن طريق حساب متوسط متطلبات الطاقة خلال دورة التدحرج الكاملة.
جذر متوسط المربع (RMS) حساب الطاقة
صrms = √[(P₁²t₁ + P₂²t₂ + … + Pₙ²tₙ) / (ر₁ + ر₂ + … + رₙ)]
أين:
صrms = جذر متوسط مربع القوة (KW)
ص₁, P₂…Pₙ = الطاقة خلال كل مرحلة من دورة التدحرج
ر₁, t₂…tₙ = مدة كل مرحلة
مراحل دورة المتداول النموذجية
تشتمل الدورة الكاملة لطاحونة الدرفلة العكسية على هذه المراحل المميزة:
| مرحلة | مدة (ق) | مستوى الطاقة | تحميل المحرك (%) |
|---|---|---|---|
| تسريع إلى الأمام | 0.5-2.0 | قمة | 180-250% |
| المتداول إلى الأمام | 2.0-8.0 | عالي | 80-120% |
| تباطؤ | 0.3-1.5 | التجديدي | -50 ل -150% |
| وقت الفجوة (عكس) | 0.5-1.5 | عاطل | 5-10% |
| التسارع العكسي | 0.5-2.0 | قمة | 180-250% |
| عكس المتداول | 2.0-8.0 | عالي | 80-120% |
تحليل مخطط حمل المحرك
بغض النظر عن طريقة الحساب التي تستخدمها, يعد رسم مخطط حمل المحرك خطوة أساسية. يوضح هذا الرسم البياني كيف يختلف عزم دوران المحرك أو قوته طوال دورة التدحرج. يستخدم المهندسون هذه المعلومات للتحقق من أن المحرك المحدد يمكنه التعامل مع الأحمال المتوسطة والذروية.
خطوات إنشاء مخطط التحميل
- احسب عزم الدوران لكل تمريرة بناءً على نسبة التخفيض وخصائص المواد
- تحديد عزم الدوران التسارع والتباطؤ على أساس القصور الذاتي للنظام
- أضف خسائر الاحتكاك وناقل الحركة إلى كل مرحلة
- ارسم عزم الدوران أو القوة مع الزمن للحصول على دورة دوران كاملة
- تحديد قيم الذروة وحساب مكافئ RMS
التحقق الحراري للمحرك
بعد حساب القدرة المطلوبة, يجب على المهندسين التحقق من قدرة المحرك على التعامل مع الحمل الحراري دون ارتفاع درجة الحرارة. يعد هذا الفحص مهمًا بشكل خاص لمصانع الدرفلة ذات دورات العمل العالية أو الأحمال الزائدة المتكررة.
قائمة التحقق الحراري
- يجب ألا يتجاوز تيار RMS التيار المقنن للمحرك
- يجب أن يكون تيار الذروة ضمن سعة التحميل الزائد للمحرك (عادة 150-250% ل 10-60 ثواني)
- يجب أن تتطابق دورة العمل مع تصنيف المحرك (S1 مستمر, S3 متقطع, S6 التشغيل المستمر مع الحمل المتقطع)
- يجب أن تكون درجة الحرارة المحيطة والارتفاع ضمن مواصفات المحرك
- يجب أن تكون سعة نظام التبريد كافية لتوليد الحرارة المتوقعة
أنواع المحركات لتطبيقات الدرفلة
يؤثر اختيار نوع المحرك بشكل كبير على حساب اختيار الطاقة. تتمتع تقنيات المحركات المختلفة بقدرات تحميل زائد مختلفة, نطاقات التحكم في السرعة, وخصائص الكفاءة.
| نوع المحرك | سعة التحميل الزائد | نطاق السرعة | كفاءة | أفضل تطبيق |
|---|---|---|---|---|
| المحرك التعريفي للتيار المتردد | 150-200% | 1:10 مع VFD | 92-96% | المطاحن المستمرة, تحميل ثابت |
| محرك متزامن | 200-250% | 1:20 مع المحول الحلقي | 95-97% | المطاحن الكبيرة, قوة عالية |
| محرك تحويلة العاصمة | 200-300% | 1:20 السرعة الأساسية, 1:3 إضعاف المجال | 90-94% | عكس المطاحن, تحكم دقيق |
| محرك المغناطيس الدائم | 180-220% | 1:1000+ | 95-98% | المطاحن الحديثة ذات الكفاءة العالية |
مثال عملي: اختيار محرك مطحنة الشريط الساخن
دعونا نستعرض مثالًا مبسطًا لاختيار قوة المحرك لحامل مطحنة التشطيب بالشريط الساخن.
المعلمات المعطاة:
- قطر لفة العمل: 700 مم
- عرض الشريط: 1,500 مم
- سمك الدخول: 25 مم
- سمك الخروج: 12 مم
- سرعة المتداول: 5 آنسة
- مادة: فولاذ منخفض الكربون عند 950 درجة مئوية
- إجهاد التدفق: 120 الآلام والكروب الذهنية
نتائج الحساب:
- طول الاتصال: 95.4 مم
- قوة المتداول: 18,500 كيلوغرام
- عزم الدوران المتداول: 880 كيلو نيوتن · م (لكل لفة)
- سرعة اللفة: 136 دورة في الدقيقة
- قوة ثابتة: 6,270 KW (لكل موقف)
- مع 15% هامش الأمان: 7,200 KW
العوامل التي تؤثر على متطلبات قوة المحرك
هناك عدة عوامل يمكن أن تزيد أو تقلل من قوة المحرك الفعلية اللازمة لمطحنة الدرفلة. إن فهم هذه المتغيرات يساعد المهندسين على اتخاذ قرارات اختيار أفضل.
خصائص المواد
تتطلب المواد ذات القوة الأعلى قوة تدحرج أكبر. تؤثر درجة الحرارة بشكل كبير على إجهاد التدفق، حيث تتطلب الدرفلة على الساخن طاقة أقل من الدرفلة على البارد لنفس التخفيض.
نسبة التخفيض
تؤدي التخفيضات الأكبر لكل تمريرة إلى زيادة قوة التدحرج وعزم الدوران. العلاقة ليست خطية، فمضاعفة التخفيض تزيد عن ضعف الطاقة المطلوبة.
قطر لفة
تتطلب اللفات الأصغر عزم دوران أقل ولكنها تخلق ضغوط اتصال أعلى. يؤثر قطر اللفة على هندسة التلامس وظروف الاحتكاك.
سرعة المتداول
تتطلب السرعات العالية المزيد من القوة حتى في ظل عزم الدوران الثابت. تؤثر السرعة أيضًا على حساسية معدل الانفعال في بعض المواد.
ظروف الاحتكاك
يقلل التشحيم من الاحتكاك واستهلاك الطاقة. تعمل الدرفلة على الساخن عادة مع احتكاك أعلى من الدرفلة على البارد مع مواد التشحيم.
كفاءة قطار القيادة
كفاءة علبة التروس (عادة 96-98% عبر المرحلة) وتضيف خسائر التحمل إلى قوة المحرك المطلوبة. تؤدي مراحل التروس المتعددة إلى تفاقم هذه الخسائر.
هوامش السلامة وعوامل التصميم
يضيف المهندسون عادةً هوامش أمان إلى متطلباتهم المحسوبة من الطاقة لمراعاة حالات عدم اليقين واحتياجات السعة المستقبلية. يوضح الجدول أدناه عوامل الأمان الموصى بها للتطبيقات المختلفة.
| نوع التطبيق | عامل الأمان | المنطق |
|---|---|---|
| عملية مستمرة محددة جيدا | 1.10-1.15 | ظروف مستقرة, الأحمال المعروفة |
| مزيج المنتجات المتغير | 1.15-1.25 | مواد وأحجام مختلفة |
| عكس العملية | 1.20-1.30 | الأحمال الديناميكية, بدايات متكررة |
| توسيع القدرات في المستقبل | 1.25-1.40 | مجال للنمو دون استبدال المحرك |
الأخطاء الشائعة التي يجب تجنبها
بناء على الخبرة الميدانية, فيما يلي بعض الأخطاء المتكررة التي تؤدي إلى تغيير حجم المحرك بشكل غير صحيح لمصانع الدرفلة:
- تجاهل الأحمال الديناميكية: إن استخدام الحسابات الثابتة فقط لعكس المطاحن يؤدي إلى محركات أصغر حجمًا
- نسيان خسائر الإرسال: يمكن إضافة علبة تروس ذات مرحلتين 4-8% لقوة المحرك المطلوبة
- تصنيف دورة العمل الخاطئ: تحديد S1 (مستمر) عندما تكون العملية الفعلية هي S6 (متقطع)
- إهمال تأثيرات الارتفاع: تفقد المحركات قدرتها على التبريد على ارتفاعات عالية، مما يؤدي إلى تدهورها 1% لكل 100 متر فوق 1000 متر
- المبالغة في الحجم أكثر من اللازم: المحركات التي تعمل بأحمال خفيفة جدًا لها كفاءة وعامل طاقة ضعيف
ملخص عملية الاختيار
تتبع عملية اختيار قوة المحرك لأي مطحنة درفلة هذا التسلسل العام:
- تصنيف مطحنة الدرفلة حسب خصائص الحمل (ثابت, متقلبة, أو عكس)
- حساب القوى المتداول وعزم الدوران لجميع ظروف التشغيل
- إضافة الأحمال الديناميكية (تسريع, تباطؤ) حيثما ينطبق ذلك
- تشمل خسائر النقل والاحتكاك
- ارسم مخطط حمل المحرك الكامل خلال دورة درفلة واحدة
- احسب ما يعادلها (RMS) القدرة على التحجيم الحراري
- تحقق من أحمال الذروة مقابل سعة التحميل الزائد للمحرك
- تطبيق عوامل السلامة المناسبة
- التحقق من القدرة الحرارية من خلال حسابات التدفئة
- اختر المحرك من الأحجام القياسية المتاحة
يضمن الاختيار الصحيح لقوة المحرك التشغيل الموثوق, كفاءة الطاقة المثلى, وعمر المعدات الطويل. إن أخذ الوقت لتحليل متطلبات الحمل بدقة وتطبيق طريقة الحساب الصحيحة يؤتي ثماره طوال فترة خدمة مطحنة الدرفلة.
النصيحة النهائية: عندما تكون في شك, استشر مصنعي السيارات الذين لديهم خبرة في تطبيقات الدرفلة. يمكنهم تقديم توصيات خاصة بالتطبيقات والمساعدة في التحقق من حساباتك مقابل منحنيات الأداء الحركي الخاصة بهم.
