Choisir le bon moteur pour un laminoir est une décision technique cruciale. Le moteur d'entraînement est le cœur du moulin, et sa puissance a un impact direct sur l'efficacité de la production, consommation d'énergie, coûts opérationnels, et la qualité finale du produit laminé. Un moteur sous-dimensionné ne parviendra pas à supporter la charge, entraînant des blocages et des pertes de production, tandis qu'un moteur surdimensionné entraîne des dépenses d'investissement inutiles et une efficacité énergétique inférieure. Ce guide fournit un aperçu complet des méthodes de base et des considérations clés pour choisir la puissance de moteur appropriée pour vos opérations de laminoir..
1. Comprendre les caractéristiques de charge du broyeur
La première étape de la sélection du moteur consiste à analyser le profil de charge du laminoir spécifique.. Les processus de laminage varient considérablement, tout comme leurs exigences envers le système d'entraînement. On peut généralement les classer en trois grandes catégories.
Catégorie A: Broyeurs avec des charges stables ou prévisibles
Ces laminoirs subissent une charge relativement constante pendant le processus de laminage, ou la charge change de manière prévisible, de manière non radicale. Citons par exemple les cages de finition d'un laminoir à bandes à chaud ou d'un laminoir tandem à froid fonctionnant à vitesse constante..
- ✔Choix du moteur: CA asynchrone (induction) les moteurs sont le choix le plus courant et le plus rentable pour ces applications. Pour les très grandes usines où la correction du facteur de puissance est une préoccupation, Des moteurs synchrones à courant alternatif peuvent être utilisés.
- ✔Justification de la sélection: La charge stable permet au moteur de fonctionner efficacement à proximité de sa puissance nominale. Le processus de sélection est simple, principalement basé sur le calcul de la puissance en régime permanent nécessaire au roulement.
Catégorie B: Moulins à haute, Charges de pointe intermittentes
Cette catégorie comprend les broyeurs tels que les broyeurs à profilés ou les broyeurs à plaques., où une pièce lourde entre dans les rouleaux, créer un soudain, charge massive (une charge de pointe ou d'impact), suivi d'une période d'inactivité avant le prochain passage. Dimensionner un moteur pour gérer directement cette charge de pointe entraînerait un moteur très gros et inefficace qui est sous-utilisé la plupart du temps..
La solution du volant d'inertie: Pour gérer ces pics, un volant est souvent installé dans la transmission.
• Pendant le temps d'inactivité: Le moteur accélère l'énorme volant d'inertie, stocker l'énergie cinétique.
• Pendant le roulage (Charge de pointe): Lorsque la pièce entre dans le broyeur, l'immense charge provoque un léger ralentissement du système d'entraînement. Le volant libère son énergie cinétique stockée, aider le moteur à surmonter la charge de pointe.
Ce système « rase » efficacement les pics de charge, permettant un beaucoup plus petit, moteur plus efficace à utiliser, car il n'a besoin que de gérer la charge moyenne.
Catégorie C: Broyeurs nécessitant une inversion et un contrôle de vitesse étendu
Broyeurs réversibles, comme les moulins en fleurs, usines de brames, ou broyeurs Steckel, nécessitent que le moteur d'entraînement accélère rapidement, ralentir, et changer de direction. Ils ont également besoin d'un contrôle précis de la vitesse sur une large plage..
- ✔Choix du moteur: Traditionnellement, CC (Courant continu) les moteurs ont été la norme pour ces applications en raison de leurs excellentes caractéristiques de contrôle de couple et de vitesse. Cependant, moteurs AC modernes associés à des variateurs de fréquence avancés (VFD) sont désormais une alternative viable et de plus en plus populaire.
- ✔Justification de la sélection: La capacité du moteur doit être sélectionnée non seulement en fonction de la charge de roulement, mais également en fonction des charges dynamiques importantes nécessaires à l'accélération et à la décélération des pièces rotatives massives.. La capacité thermique du moteur (capacité à dissiper la chaleur) lors de cycles de démarrage et d'arrêt fréquents est une considération cruciale.
2. Paramètres de base pour le calcul de la puissance du moteur
Quel que soit le type de moulin, le calcul fondamental de la puissance du moteur consiste à déterminer le couple et la vitesse requis au niveau de la cage de laminage. La formule de base du pouvoir est:
Pouvoir (P.) = Couple (M) × Vitesse angulaire (Oh)
Pour trouver la puissance requise, il faut calculer le couple de roulement, ce qui dépend de plusieurs facteurs:
- ✔Force de roulement: La force verticale exercée par les rouleaux sur le matériau. Elle est influencée par la résistance du matériau à la température de laminage., la quantité de réduction d'épaisseur, friction entre le rouleau et le matériau, et la largeur du matériau.
- ✔Bras de levier: La distance effective du centre de rouleau à laquelle la force de roulement agit pour créer un couple. C'est une fraction de la longueur de contact entre le rouleau et le matériau..
- ✔Pertes par frottement: De la puissance est également consommée pour surmonter la friction dans les boîtes de vitesses du système d'entraînement., broches, et roulements à col roulé. Ces pertes doivent être ajoutées à la puissance nécessaire à la déformation.
- ✔Vitesse de roulement: La vitesse de rotation des rouleaux, qui détermine le taux de production.
3. Exemple de calcul simplifié
Passons en revue un exemple simplifié pour illustrer le processus pour un seul passage dans un laminoir à chaud.. Notez que les calculs du monde réel impliquent des modèles et des logiciels plus complexes.
Paramètres d'entrée
| Paramètre | Valeur | Description |
|---|---|---|
| Matériel | Acier à faible teneur en carbone | Le matériau à rouler. |
| Épaisseur initiale (h1) | 30 mm | Epaisseur avant le passage. |
| Épaisseur finale (h2) | 22 mm | Epaisseur après le passage. |
| Largeur de dalle (w) | 1200 mm | Largeur du matériau. |
| Diamètre du rouleau de travail (D) | 800 mm | Diamètre des rouleaux. |
| Vitesse de roulement (v) | 3 MS | Vitesse de sortie du matériau. |
| Moy.. Résistance matérielle (k) | 150 MPa | Résistance moyenne à la déformation. |
Étapes de calcul
- Calculer la longueur du contact (L):
L = carré( (J/2) * (h1 – h2) ) = carré( 400 * (30 – 22) ) = carré(3200) ≈ 56.6 mm - Estimer la force de roulement (F):
F = k * w * L = 150 N/mm² * 1200 mm * 56.6 mm ≈ 10,188,000 Ni 10,188 kN - Estimer le couple de roulement (M): (En supposant que le bras de levier est d'environ 0,5 * L)
M = F * (0.5 * L) = 10,188,000 N * (0.5 * 0.0566 m) ≈ 288,272 Nm par rouleau. Couple total pour deux rouleaux = 576,544 Nm. - Calculer la vitesse angulaire (Oh):
ω = v / (J/2) = 3 MS / 0.4 m = 7.5 rad/s - Calculer la puissance de roulement nette (P_net):
P_net = Couple total * ω = 576,544 Nm * 7.5 rad/s ≈ 4,324,080 W ou 4,324 kW. - Calculer la puissance brute du moteur (Moteur_P):
En supposant une efficacité de la transmission de 85%, P_moteur = P_net / 0.85 = 4324 kW / 0.85 ≈ 5,087 kW.
Sur la base de ce calcul, vous sélectionneriez un moteur standard avec une valeur nominale juste au-dessus de cette valeur, Par exemple, un 5,500 kW moteur, assurer une marge opérationnelle sûre.
4. Comparaison des systèmes d'entraînement: CA contre. Moteurs à courant continu
Le choix entre un système de variateur AC et DC est important, chacun ayant son propre ensemble d'avantages.
| Fonctionnalité | Moteur à courant alternatif (avec VFD) | Moteur à courant continu |
|---|---|---|
| Entretien | Inférieur. Pas de balais ou de collecteurs à entretenir. Construction plus robuste. | Plus haut. Une inspection et un remplacement réguliers des balais de charbon et de l'écrémage du collecteur sont nécessaires. |
| Coût initial | Le moteur est moins cher, mais le VFD haute puissance peut être cher. Le coût global est souvent compétitif. | Le moteur est plus cher et complexe à fabriquer. Le lecteur (redresseur) est plus simple. |
| Performances de contrôle | Excellent avec les VFD modernes à contrôle vectoriel, égalant ou dépassant les performances DC. | Contrôle du couple intrinsèquement excellent et large plage de vitesse, la référence historique en matière de performance. |
| Taille & Poids | Plus compact et plus léger pour la même puissance. | Plus grand et plus lourd en raison du collecteur et de l'engrenage à balais. |
| Environnement opérationnel | Mieux adapté aux conditions difficiles, poussiéreux, ou environnements explosifs en raison de sa conception fermée. | Les étincelles des balais peuvent constituer un danger dans certains environnements. Plus sensible à la contamination. |
Finalement, le choix approprié d'un moteur de laminoir n'est pas une tâche unique. Cela nécessite une analyse détaillée du calendrier glissant, propriétés des matériaux, et les exigences dynamiques du broyeur spécifique. En examinant attentivement les caractéristiques de la charge et en effectuant des calculs de puissance précis, vous pouvez garantir le choix d'un système d'entraînement puissant, fiable, et économiquement efficace pour des années de service productif.
