автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.03, диссертация на тему:Совершенствование системы управления электроприводом отводящего рольганга широкополосного стана горячей прокатки

На правах рукописи

ШВИДЧЕНКО Николай Владимирович

СОВЕРШЕНСТВОАНИЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДОМ ОТВОДЯЩЕГО РОЛЬГАНГА ШИРОКОПОЛОСНОГО СТАНА ГОРЯЧЕЙ ПРОКАТКИ

Специальность 05.09.03 - Электротехнические комплексы и системы

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

-! 2013

005061640

Магнитогорск - 2013

005061640

Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова»

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

ЛУКЬЯНОВ Сергей Иванович

Официальные оппоненты: КОРНИЛОВ Геннадий Петрович

доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова», заведующий кафедрой электроснабжение промышленных предприятий

ИШМАТОВ Закир Шарифович кандидат технических наук, доцент, ФГАОУ ВПО «Уральского федерального университета имени первого Президента России Б.Н. Ельцина», доцент кафедры электропривода и автоматизации промышленных установок

Ведущая организация: ФГБОУ ВПО «Южно-Уральский

государственный университет»

(национальный исследовательский университет), г. Челябинск.

Защита состоится 28 июня 2013 г. в 11 часов на заседании диссертационного совета Д 212.111.04 при ФГБОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова» по адресу: 455000, Челябинская обл., г. Магнитогорск, пр. Ленина, 38, ауд. 227.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «МГТУ».

Автореферат разослан_мая 2013 г.

Ученый секретарь диссертационного совета канд. техн. наук., доцент

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность темы. В настоящее время около 30% от общего объема выпуска стального проката в Российской Федерации составляет листовая продукция, получаемая на широкополосных станах горячей прокатки (ШСГП). Технология прокатки, оборудование и системы электропривода отдельных агрегатов ШСГП постоянно совершенствуются в направлении повышения качества продукции, производительности станов и снижения себестоимости проката. Одним из резервов снижения себестоимости листовой продукции является увеличение срока эксплуатации оборудования стана за счет совершенствования систем управления электроприводами основных агрегатов стана.

Производительность ШСГП и себестоимость продукции во многом зависит от эффективности работы участка смотки полосы и, в частности, отводящего рольганга (ОР). К электроприводу роликов ОР предъявляются общие технологические требования, направленные на безаварийное транспортирование проката до моталок. Невыполнение требований приводит к аварийным ситуациям, простоям стана на ликвидацию последствий аварии и отбраковке листа, не прошедшего нормальную смотку в рулон на моталке.

Анализ применяемых на ШСГП систем управления электроприводами роликов ОР показал, что они реализуют лишь обязательные для технологии горячей прокатки требования: создание в головной части полосы тянущих усилий до захвата полосы моталкой и создание в хвостовой части полосы тормозящих усилий после выхода полосы из последней клети стана. При этом конкретные, научно-обоснованные рекомендации по рассогласованию скоростей образующих бочек роликов ОР и скорости движения листа на всех стадиях смотки проката отсутствуют. Величины рассогласования подбираются обслуживающим персоналом экспериментальным путем. Это приводит к тому, что большинство электроприводов роликов ОР работает в режиме буксовок поверхностей роликов по полосе, что является причиной интенсивного износа бочек роликов и их замены во время выполнения ремонтных работ.

Возникла необходимость проведения исследований и разработок, направленных на совершенствование существующих систем управления электроприводами роликов ОР, обеспечивающих при безусловном выполнении основных технологических требований снижение интенсивности износа роликов и увеличение срока их эксплуатации.

Цель работы. Разработка системы управления электроприводом роликов отводящего рольганга ШСГП, обеспечивающей увеличение срока эксплуатации роликов за счет уменьшения рассогласования скоростей образующих бочек роликов и проката в основных режимах работы ОР.

Достижение поставленной цели потребовало решения следующих задач: - анализа известных технологических требований к электроприводу роликов ОР ШСГП с позиций снижения износа бочек роликов;

- экспериментальных и теоретических исследований электропривода роликов ОР в различных режимах его работы;

- разработки методики определения составляющей момента нагрузки электродвигателя ролика ОР от действия ламинарного охлаждения;

- разработки методики расчета требуемых по технологии моментов нагрузки электроприводов роликов для различных режимов работы ОР при условии недопустимости буксовок на контакте ролик-полоса;

- коррекции технологических требований к электроприводу роликов ОР с позиций снижения интенсивности износа бочек роликов;

- разработки способа, технических решений и алгоритма управления электроприводом роликов ОР, обеспечивающих увеличение срока эксплуатации роликов;

- экспериментальной оценки предложенных технических решений, промышленного внедрения разработанного алгоритма на стане 2000 ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат» (ОАО «ММК»), оценки технико-экономической эффективности.

Методы исследований. В работе использованы основополагающие положения теории автоматизированного электропривода. Теоретические исследования проводились с использованием аналитических методов решения алгебраических уравнений и методов компьютерного моделирования. Результаты базировались на большом объеме экспериментальных исследований, статистической обработке расчетных и экспериментальных материалов, полученных при исследовании электропривода роликов ОР широкополосного стана 2ООО горячей прокатки ОАО «ММК».

Обоснованность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается корректным применением методов теории автоматизированного электропривода, адекватностью расчетных величин экспериментальным данным, полученным на действующем стане, результатами внедрения технических решений на действующем широкополосном стане горячей прокатки.

К защите представляются следующие основные положения:

1. Технологические требования к электроприводу роликов ОР ШСГП с позиций снижения интенсивности износа бочек роликов.

2. Результаты экспериментальных и теоретических исследований действующего электропривода роликов ОР на стане 2000 ОАО «ММК».

3. Методика расчета составляющей момента нагрузки электродвигателя ролика ОР от действия ламинарного охлаждения.

4. Методика расчета требуемых по технологии значений моментов электродвигателей роликов для различных режимов работы ОР с учетом ламинарного охлаждения и работы роликов рольганга в пределах сил сцепления с транспортируемой полосой.

5. Способ, технические решения и алгоритм системы управления электроприводом роликов ОР ШСГП, обеспечивающие реализацию новых технологических требований с учетом особенностей прокатки металла на ШСГП.

6. Результаты экспериментальных исследований и внедрения разработанной системы управления на широкополосном стане 2000 горячей прокатки и оценки их эффективности.

Научная новизна:

1. Разработаны конкретные технологические требования к системе управления электроприводом роликов ОР, реализация которых обеспечивает снижение интенсивности износа бочек роликов.

2. Разработана методика расчета составляющей момента нагрузки электродвигателя ролика ОР от действия ламинарного охлаждения.

3. Разработана методика расчета требуемых по технологии значений моментов электродвигателей роликов ОР для различных режимов его работы в пределах сил сцепления на контакте ролик-транспортируемая полоса.

4. Разработан способ управления электроприводом роликов ОР, согласно которого осуществляется автоматическое регулирование скоростей образующих бочек роликов ОР в функции требуемых по технологии значений моментов электродвигателей в различных режимах работы ОР.

5. Разработаны технические решения и алгоритм управления электроприводом роликов ОР, обеспечивающие в соответствии с технологическими требованиями минимальное рассогласование скоростей образующих бочек роликов и транспортируемой полосы в различных режимах работы ОР.

Практическая значимость работы. Разработанная система управления электроприводом роликов ОР позволяет в автоматическом режиме за счет целесообразного управления скоростными режимами работы электродвигателей обеспечить снижение интенсивности износа бочек роликов. Созданы предпосылки для увеличения срока службы роликов.

Полученное на основе экспериментальных исследований на стане 2000 горячей прокатки ОАО «ММК» выражение для расчета составляющей момента нагрузки от действия ламинарного охлаждения может быть использовано при проектировании систем управления электроприводами роликов ОР однотипных новых станов.

Результаты диссертационной работы внедрены на широкополосном стане 2000 горячей прокатки ОАО «ММК». Ожидаемый экономический эффект от внедрения составляет 0,36 млн. руб.

Реализация работы. Экспериментально подтверждена эффективность алгоритма управления электроприводом отводящего рольганга на стане 2000 ОАО «ММК». Внедрение алгоритма позволило в 2 раза уменьшить рассогласование линейных скоростей образующих бочек роликов и транспортируемой полосы второй секции ОР.

Разработанная система управления электроприводом роликов ОР рекомендуется для внедрения на других ШСГП независимо от рода тока и типа электропривода. Результаты работы рекомендуются к использованию в учебном процессе при подготовке бакалавров и магистров по направлению «электроэнергетика и электротехника»

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на: IV, V, VI, VII Международных (XV, XVI, XVII, XVIII Всероссийских) конференциях по автоматизированному электроприводу АЭП-2004 (г. Магнитогорск, 2004 г.), АЭП-2007 (г. Санкт-Петербург, 2007 г.), АЭП-2010 (г. Тула, 2010 г.), АЭП-2012 (г. Иваново, 2012 г.); XII международной научно-технической конференции «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика» (г. Москва, 2006 г.); III Конгрессе металлургов Урала (Челябинск, 2008 г.); ежегодных научно-технических конференциях по итогам научно-исследовательских работ ФГБОУ ВПО «МГТУ» (г. Магнитогорск, 2006-2013 гг.).

Публикации. Основные положения диссертационной работы опубликованы в 11 печатных трудах, в том числе 3 статьях в рецензируемых изданиях из перечня ВАК РФ и патенте РФ на изобретение.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 42 наименований. Работа изложена на 141 странице, содержит 43 рисунка, 31 таблицу и 5 приложений.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цель и основные задачи работы, кратко изложено содержание диссертационной работы.

В первой главе выполнен анализ технологических особенностей прокатки листа на ШСГП и транспортирования полосы до моталок на ОР. Дана характеристика типичной для отечественных станов конструктивной схемы ОР и приведено описание типовой схемы электропривода роликов ОР на примере широкополосного стана 2000 горячей прокатки ОАО «ММК». Приведены результаты анализа основных технологических требований, предъявляемых к электроприводу роликов ОР. Показано, что технологические требования нуждаются в корректировке и уточнении с позиций снижения интенсивности износа бочек роликов ОР средствами автоматизированного электропривода роликов. Экспериментально установлено, что применяемая на стане 2000 система управления электроприводом роликов ОР при реализации основных технологических требований не обеспечивает минимизацию рассогласования скоростей между образующими бочек роликов ОР и транспортируемой полосой в различных режимах работы ОР. Отмечено, что чем выше рассогласование указанных скоростей, тем большее число роликов подлежит замене по причине износа их бочек. Поставлена задача совершенствования системы управления электроприводом роликов ОР, обеспечивающей снижение интенсивности износа бочек роликов.

ШСГП представляет собой последовательно расположенные участки нагрева, черновой и чистовой обработки металла и смотки (рис. 1). Слябы, нагретые в печах 1 до требуемой по технологии температуры, проходят обработку и подвергаются обжатию на вертикальном окалиноломателе 2, двухвалковой черновой клети 3, группе четырехвалковых клетей 4, летучих ножницах 6, чистовом окалиноломателе 7, чистовой группе клетей 8 и в виде готового

проката поступают на отводящий рольганг 9. Отводящий рольганг осуществляет транспортирование листа к моталкам 10, где выполняется его смотка в рулоны. 1

участок нагрева

В 1:1 :гл л

« 11Ш11

9 10 о 10

участок смотки

участок черновой ! участок чистовой обработки | обработки

Рис. 1

Типовым исполнение участка смотки и отводящего рольганга ШСГП является стан 2000 горячей прокатки ОАО «ММК» (рис.2). После выхода полосы из последней чистовой клети 1 в процессе её транспортирования роликами ОР 6-14 к моталкам 2, 3 полоса подвергается охлаждению до температуры смотки 1СМ водой сверху и снизу из системы ламинарного охлаждения 4,5. По технологии прокатки листа отводящий рольганг делят на секции по 58-60 роликов в каждой диаметром £>=300 мм. При прокатке полос толщиной 1,2-4,0 мм смотка полосы осуществляется в первой группе моталок 2, расположенной в третьей секции ОР. Толстые полосы (4,0-16,0 мм) транспортируются во вторую группу моталок 3, расположенную в десятой секции ОР.

1

_>ОН

2 3

Рис. 2

Транспортирование полосы осуществляется индивидуальным безредук-торным электроприводом каждого ролика ОР на скорости 2-20 м/с.

Электропривод роликов каждой секции ОР (рис. 3) выполнен по групповой схеме силового питания электродвигателей от одного тиристорного преобразователя. Обмотки возбуждения электродвигателей роликов секции ОР питаются от отдельного неуправляемого ис-Рис- 3 точника напряжения.

Предусмотрена возможность регулирования магнитного потока обмотки воз-

буждения в пределах 0,9... 1 от номинального значения. Система управления электроприводом секции ОР построена по принципу подчиненного регулирования параметров с внутренним астатическим контуром регулирования тока и внешним статическим контуром регулирования ЭДС. Задание на скорость вращения электродвигателей Use формируется в разработанной фирмой General Electric АСУ ТП стана в соответствии с основными технологическими требованиями к электроприводу ОР. Оператор на посту управления имеет возможность корректировать задание на скорость каждой секции в пределах ±30% от заданного в АСУ ТП значения.

К электроприводу роликов ОР предъявляются следующие основные технологические требования:

1. При работе электропривода роликов ОР в режиме транспортирования головной части полосы (режим I) для исключения петлеобразования и надежного транспортирования листа до принимающей моталки ролики рольганга должны формировать в полосе продольные растягивающие усилия, направленные по ходу движения полосы.

2. При работе в режиме сопровождения полосы (режим II), линейная скорость образующих бочек роликов рольганга должна быть равна линейной скорости полосы для предотвращения чрезмерного износа бочек роликов и ухудшения качества поверхности полосы.

3. При транспортировании хвостовой части полосы (режим III) для исключения петлеобразования и обеспечения заданной скорости окончания смотки листа электропривод роликов ОР должен формировать в полосе продольные усилия, направленные против движения полосы.

На рис. 4 приведены типичные временные диаграммы изменения скорости полосы Vjj, задания на скорость образующих бочек роликов V-j (принято обозначение, используемое в АСУ ТП стана 2000) одной секции, рассогласования скоростей A V= Fj- Vfj и дополнительных сигналов, формирующихся в АСУ ТП стана: НМ_7КЛ -сигнал наличия металла в 7-ой клети стана; MH_13KJI - сигнал наличия металла в 13-ой (последней чистовой) клети

Уз, v„, м/с 12

0

НМ 7КЛ'

[_7КЛ|п

НМ 13КЛ

НМ мт

[_МТ|

U Its ,

и С

С

с

AV,% 20

28% '

с

20

40

60

10 t, С 22%

Рис.4

стана; НМ_МТ - сигнал наличия металла в моталке.

В результате анализа литературных источников и существующих систем управления электроприводами роликов ОР установлено: первое технологическое требование реализуется (рис. 4, интервал времени ti...ti) посредством задания из АСУ ТП стана скорости образующих бочек роликов V3 больше величины скорости полосы Vn на выходе из последней чистовой клети на величину AV=VrVn', величина ЛV подбирается экспериментальным путем и составляет в зависимости от сортамента полосы от 4,3% до 29,2% относительно скорости Vn; второе технологическое требование реализуется (рис. 4, интервал t¡...t4) посредством задания скоростей V3 равными скорости полосы V¡j, однако, конкретные исследования по достижению на практике равенства V3=Vn в условиях статической системы регулирования скорости вращения роликов и изменения моментов нагрузок на электродвигателях отсутствуют; третье технологическое требование реализуется (рис. 4, интервал t4...t¡) посредством задания скоростей V3 меньше скорости Vn\ величина -AV=VTVn подбирается экспериментальным путем и конкретные рекомендации по расчету величины -AVв зависимости от прокатываемого сортамента отсутствуют; отмечено, что наличие значительных рассогласований скоростей образующих бочек роликов и полосы в режимах I и II и невыполнение требования согласования скоростей в режиме III приводит к износу бочек роликов ОР и негативно сказывается на качестве поверхности полосы.

Сделаны следующие общие выводы: к электроприводу роликов ОР предъявляют только требования по обеспечению безаварийной работы участка смотки; технологические требования к электроприводу роликов ОР по снижению износа роликов отсутствуют; отсутствует и научно-обоснованная методика расчета соотношения скорости движения полосы на участке смотки и скоростей образующих бочек роликов ОР, позволяющая при безусловном выполнении общих технологических требований к электроприводу роликов ОР создать условия по снижению интенсивности износа бочек роликов.

С целью определения реального влияния электропривода роликов ОР на износ бочек роликов на стане 2000 ОАО «ММК» были проведены экспериментальные исследования по определению величин рассогласования скоростей движения полосы и образующих бочек роликов A V¡ в различных режимах работы ОР и анализ причин замены роликов ОР.

Экспериментальные исследования проводились на первых двух секциях (рис. 2) ОР по причине их наибольшей загруженности - 100% прокатываемого листа перемещается по этим секциям и, как следствие, наибольшее число заменяемых роликов.

В период времени с 11.01.2005 по 31.01.2006 гг. службами эксплуатации цеха проводилась фиксация фактов замены роликов с указанием причин их выхода из строя. Результаты приведены в табл. 1, из которой следует: основной причиной замены роликов является чрезмерный износ их бочек; наибольшему износу подвержены ролики второй секции ОР.

Номер Износ бочки Разрушение Трещина (разрушение

секции ролика подшипника бочки ролика)

1 17 6 9

2 62 6 -

* --------------------** •■»»«.Ж«,.» ^ V* 1. »А

ции электродвигателей (установлены непосредственно в технологической зоне прокатки) и их закрытого исполнения прямого измерения скоростей вращения для каждого электродвигателя первых двух секций по известному выражению

/" ч

(1)

. (сФ),

выполнялся расчет текущих значений УР1 для конкретной временной диаграммы рис. 4. По результатам расчетов УР, определялись величины А У (рис. 5) для каждого ролика и рассчитывалась величина среднего значения АУср для первой и второй секции ОР.

№ ролика

Рис.5

В табл. 2 приведен фрагмент таблицы результатов расчета А Уср по секциям для различных технологических условий прокатки листа на стане 2000 в режимах I и II.

режим работы ОР сортамент, А х В, мм Уп, м/с ЬУсср, % А Ус2_ср,%

Режим I 4,5x1255 8,4 9,7 17,2

3,8x1280 10,3 11,0 19,8

2,8x990 10,6 14,6 22,1

режим II 1,5x1220 11,73 0,9 2,8

2,2x1260 11,61 6,0 7,5

2,6x1210 10,85 6,0 7,7

величина рассогласования скоростей А Уср в режимах I и II на второй секции

существенно больше, чем на первой секции; это является причиной более интенсивного износа роликов второй секции.

В результате анализа распределений АУ, (рис. 5), рассчитанных для режима I, установлено: основное технологическое требование по созданию тянущих усилий в полосе реализуется электроприводом ОР в широком диапазоне изменения АУ, в зависимости от сортамента полосы (от 0,06м/с до 1,57 м/с для первой секции ОР; от 0,09м/с до 2,38 м/с для второй секции ОР); для большинства прокатываемых полос заданное рассогласование скоростей ЛУСр1, ЛУср2 является избыточным с позиции реализации первого технологического требования. В результате анализа распределений А У(рис. 5), рассчитанных для режима II, установлено: основное технологическое требование по обеспечению АУ,=0 не выполняется; значимое влияние на неравномерность распределения Д У) по роликам ОР оказывает фактор включения ламинарного охлаждения полосы.

В связи с изложенным решение задачи разработки эффективной с позиций снижения интенсивности износа бочек роликов системы управления электроприводом роликов ОР предложено выполнить в следующей последовательности: на основании экспериментальных исследований действующего электропривода роликов ОР разработать методику расчета требуемых по технологии значений моментов электродвигателей роликов ОР и напряжений задания на скорости образующих бочек роликов во всех режимах работы ОР с позиций минимизации рассогласования скоростей Д К,; конкретизировать известные технологические требования к электроприводу роликов ОР; разработать систему управления электроприводом роликов ОР, позволяющую реализовать новые требования.

Во второй главе на основании анализа известных методик расчета моментов нагрузки электродвигателей роликов ОР и общих математических соотношений для технологических условий и параметров стана 2000 горячей прокатки ОАО «ММК» разработана методика расчета значений моментов на электродвигателях с учетом момента сопротивления, обусловленного действием ламинарного охлаждения. Доказана адекватность экспериментальным данным результатов расчета момента электропривода ролика ОР.

Общий момент Мдв1, развиваемый электродвигателем /-го ролика ОР, по известной методике определяется по выражению:

мт =мхх!+ мят + Мпп =мхю+ Мдт + Ма + Мт, (2)

где Мхх,г — момент холостого хода /-го электродвигателя; Мдиш - динамический момент /-го электродвигателя; МНАт - полезный момент нагрузки /-го электродвигателя, необходимый для перемещения полосы в одном межроликовом пространстве ОР; Ма - момент сопротивления, обусловленный наличием сил тренияе в подшипниках ролика под действием веса полосы в одном межроликовом пространстве; Мт - момент транспортирования поло-

сы, обусловленный наличием сил трения на контакте ролик-полоса в одном межроликовом пространстве.

Массив токов холостого хода 1хх, электродвигателей роликов ОР создается после завершения ремонтных работ при прокрутке роликов ОР на холостом ходу на различной скорости образующих бочек роликов Ур, в пределах рабочего диапазона скоростей. Массив моментов холостого хода Мхх: электродвигателей рассчитывается по известному выражению:

Мхи=1хя<сФ). О)

В результате анализа временных диаграмм изменения токов якорных цепей электродвигателей роликов ОР и напряжений задания Уз на скорость образующих бочек ОР (рис. 6) установлено: за время цикла прокатки 1ц электропривод роликов ОР, в основном, работает в динамическом режиме; величина ускорения а скорости прокатки Уп, и соответственно, скоростей образующих бочек роликов ОР не является фиксированной величиной, а задается из АСУ ТП стана в зависимости от толщины проката, начальной температуры металла и других технологических факторов; в явном виде из общего тока электродвигателя выделить его динамическую составляющую в числовом выражении невозможно. Поэтому принято решение: расчет динамической составляющей тока электродвигателей выполнять на динамической модели электропривода роликов ОР. С этой целью для технологических параметров электропривода роликов ОР стана 2000 ОАО «ММК» составлена динамическая модель (рис. 7).

Проверка на адекватность экспериментальным данным результатов расчета на модели рис. 7 показала высокую степень совпадения экспериментальных и расчетных временных диаграмм изменения токов и напряжений на выходе тиристорного преобразователя (величины коэффициентов взаимной корреляции соответственно составили 7?у=0,97 и Лу=0,95).

Выполнен расчет составляющих моментов нагрузки Мнагр! п0 известным соотношениям:

Ма4Г,=См-Ктр-Кц+Ом-М-Кр, (4)

где Ом - вес полосы в одном межроликовом пространстве; Кгр — коэффициент трения в подшипниках ролика; ц - коэффициент трения скольжения ролика по полосе; Яц - радиус цапфы ролика; - радиус ролика.

В результате сравнения рассчитанных по выражению (4) значений моментов нагрузки М'нлгр-, с величинами моментов нагрузки, рассчитанными по выражению М"НАт = {сФ)-{1дв, - 1т ~ 1динд на основе экспериментальных данных установлено, что ошибка расчета может достигать 190% и известная методика расчета М'НАт по выражению (4) требует уточнения.

В результате экспериментальных исследований на стане 2000 ОАО «ММК» было установлено, что включение и выключение ламинарного охлаждения приводит к существенным изменениям токов якорей электродвигателей роликов ОР, расположенных в зоне действия водяного потока. Разработана методика определения составляющей момента нагрузки электропривода ролика ОР, обусловленной действием ламинарного охлаждения полосы:

1. Выполняется последовательный разгон роликов секций ОР до установившихся значений скорости УР> образующих бочек роликов в пределах рабочего диапазона скоростей.

2. На установившейся скорости измеряются значения токов холостого хода электродвигателей роликов ¡ххъ

3. Выполняется открытие клапанов нижних секций ламинарного охлаждения.

4. Измеряются значения токов якоря электроприводов роликов ОР

5. По выражению МЛ1 = (/, - /;ш)'(сФ) рассчитываются составляющие моментов нагрузки электроприводов роликов, обусловленные действием воды, попадающей на бочку ролика.

6. Для полученных значений Мд-, выполняется расчет средних значений моментов Мл_ср на каждом уровне скорости образующих бочек роликов ОР.

7. По полученным значениям Мд ср рассчитывается регрессионная зависимость Мд =АУр)-

Для технологических параметров стана 2000 горячей прокатки по предложенной методике в диапазоне скоростей прокатки УР=2.,20м/с получено регрессионное уравнение:

Мл(УР) = 3,84 • 10"2 • V/ + 0,434 • ¥р. (5)

Доказана адекватность расчетов по выражению (5) экспериментальным данным.

С учетом выражений (4) и (5) выполнен расчет требуемых по технологии значений моментов нагрузки электродвигателей роликов ОР. Доказана адекватность экспериментальным данным результатов расчета требуемого по технологии момента нагрузки, рассчитанного с учетом ламинарного охлаждения.

Предложена методика расчета общего момента электродвигателя ролика ОР:

1. Предварительно создается массив токов холостого хода 1Ш электродвигателей роликов ОР в рабочем диапазоне скоростей транспортирования полосы (от 2 до 20 м/с). Выполняется расчет момента холостого хода А4хя для каждого электропривода ролика ОР по выражению (3).

2. Для текущего сортамента проката выполняется расчет динамического момента Мгщт электропривода ролика ОР на разработанной динамической модели по изменению задания на скорость транспортирования УР.

3. Для электроприводов роликов, находящихся в зоне действия ламинарного охлаждения, выполняется расчет значений моментов Мщ по выражению (5).

4. Выполняется расчет величины момента сопротивления электропривода ролика ОР по выражению:

Ма = ' КТР ■ Кц •

5. Выполняется расчет момента транспортирования Мт электропривода ролика ОР по выражению:

МТП_МАХ Ои • МсЦ_МАХ ' ^Р ' ^

где цсц шх = 0,3 - максимальное значение коэффициента трения (коэффициент сцепления) между роликом и полосой (рис. 8).

6. Выполняется расчет общего момента электродвигателя ролика отводящего рольганга Мдв1 в зависимости от текущего режима транспортирования полосы:

1) в режиме транспортирования головной части полосы:

мт =мш+ Ма + Мт + Мт + м№ш ; (7)

2) в режиме сопровождения полосы:

3) в режиме транспортирования хвостовой части полосы:

Ма + Мт + мтт ; (8)

мт =м„

+ М —М +м +м

-г 1VI а т-1КХ т -Т IV-1 ат

(9)

М Нм

Проведенные исследования позволили уточнить известные технологические требования к электроприводу роликов ОР с позиции снижения износа роликов:

1. Электропривод роликов ОР в рабочих режимах транспортирования полосы должен обеспечить реализацию известных технологических требований в пределах диапазона из-

со Кр, м/с

менения сил сцепления на контакте ролик-полоса, а именно (рис. 8):

1) при транспортировании головной части полосы тянущее усилие, формируемое роликом, не должно превышать предельной величины силы сцепления Рсц_шх = (6) (характеристика 1, рис. 8);

2) в режиме сопровождения полосы при ее смотке на

моталку усилие транспортирования должно быть равно нулю (характеристика 2, рис. 8);

3) в режиме транспортирования хвостовой части полосы тормозящее усилие не должно быть больше по абсолютной величине предельно допустимой величины силы сцепления Рсц_шх = \-Мтр_шх!Щ (характеристика 3, рис. 8).

2. В системе управления электроприводом роликов ОР должна быть предусмотрена возможность расчета полных моментов электродвигателей по выражениям (7, 8, 9) и напряжения задания на скорость их вращения по выражениям (10, 11, 12).

Для технической реализации первого технологического требования в условиях статической по скорости системы регулирования электропривода получены аналитические выражения для расчета величин задания на скорость 1/зс вращения якоря электродвигателей:

1) при транспортировании головной части полосы:

иг =

м,

■ мп, +м„, +м„,+м„

1Л

■кп

2) в режиме сопровождения полосы:

иг =

-Мг„ +МП: +М„

• К, „

(10)

Р

3) при транспортировании хвостовой части полосы:

их =

мг

-М -М

141 а 1У1п

+мп, +м.

(12)

Третья глава посвящена разработке функциональных схем и алгоритма работы системы управления электроприводом роликов ОР.

Показано, что идеальным вариантом реализации разработанных технологических требований к электроприводу роликов ОР является применение индивидуальной схемы силового питания электродвигателей от отдельных тиристорных преобразователей (преобразователей частоты). На рис. 9 приведена функциональная схема электропривода постоянного тока. Схема рис. 9 рекомендуется к применению для вновь строящихся широкополосных станов горячей прокатки.

Для существующих систем электропривода роликов ОР предложено в якорные цепи электродвигателей включить импульсные регуляторы напряжения с управлением по принципу широт-но-импульсной модуляции. Разработка данного технического решения электропривода роликов ОР выполнена и предложена к внедрению на стане 2000 ОАО «ММК» в рамках реконструкции электрооборудования стана.

Разработан алгоритм управления электроприводом роликов ОР ШСГП для технологических условий прокатки листа на широкополосном стане 2000 горячей прокатки с учетом логики смены режимов работы стана и ОР и схемы включения ламинарного охлаждения для транспортируемой полосы. Особенностью алгоритма является расчет временной диаграммы изменения управляющих напряжений по выражениям (7-12) до момента выхода металла из чистовой группы стана с возможностью коррекции величины задания на скорость вращения роликов ОР при изменении ускорения прокатки листа в чистовой группе клетей.

Рис. 9

На основные научные результаты и технические решения по управлению электроприводом роликов ОР получен патент на изобретение.

В четвертой главе приведены результаты промышленной апробации основных технических решений на ШСГП 2000 ОАО «ММК».

В связи с тем, что в условиях существующей на стане 2000 групповой схемы силового питания электродвигателей роликов ОР от одного ТП реализовать разработанный алгоритм управления электроприводом в полном объеме не представляется возможным, выполнено следующее: в результате анализа технологических карт прокатки листа на стане 2000 на основании примерного равенства технологических условий транспортирования проката на ОР по таким параметрам, как скорость транспортирования, ускорение прокатки и применяемая схема ламинарного охлаждения, было выполнено группирование сортамента в зависимости от толщины И готового листа; для каждой группы по разработанной методике выполнен расчет средних значений моментов электродвигателей и напряжений задания на скорость перемещения головной части полосы; по результатам сравнения штатных напряжений задания на скорость транспортирования полосы на второй секции рольганга с рассчитанными значениями для каждой группы определены величины корректирующих напряжений Дизс; результаты расчета сведены в таблицу в виде зависимостей Аизс=А<Зм)-

Разработан и в феврале 2009 г. на стане 2000 внедрен алгоритм коррекции задания на скорость вращения роликов второй секции ОР. Алгоритм в виде отдельной подпрограммы реализован на штатном оборудовании АСУ ТП стана.

На рис. 10 приведены временные диаграммы изменения скорости полосы Уц и напряжения задания изс на скорость роликов второй секции ОР для двух циклов прокатки: Тщ - при работе штатной системы управления; ТЦ2 - при работе с подпрограммой коррекции. В период времени осуществлена коррекция напряжения задания. Как следует из данных рис. 10 величина задания на опережение скорости полосы уменьшена на 22%, что, в итоге, привело к уменьшению средних значений рассогласования скоростей роликов рольганга и проката более чем в 3 раза с 3,1 м/с до 1,0 м/с (рис. 11).По результатам обработки более 30 временных диаграмм рис. 10 и рис. 11 за 3 месяца эксплуатации системы было установлено, что в результате внедрения системы коррекции в среднем для всех видов сортамента рассогласование в скоростях обра-

60 80 Рис. 10

зующих бочек роликов ОР и скорости движения проката снизилось более чем в 2 раза. При этом не было зафиксировано ни одного случая аварийной ситуации на ОР по причине невыполнения первого технологического требования.

Составлен акт внедрения системы коррекции задания скорости. Ожидаемый экономический эффект от внедрения составил 360 тыс. руб. в год.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ ПО ДИССЕРТАЦИИ

1. Анализ применяемых в настоящее время систем управления электроприводом роликов отводящего рольганга ШСГП показал, что общепринятым является групповая схема силового питания электродвигателей постоянного тока (до 60 шт.) секций ОР от одного тиристорного преобразователя. Системы управления электроприводами роликов ОР не позволяют в автоматическом режиме осуществлять целесообразное управление электроприводом с целью снижения износа бочек роликов. Технологические требования к электроприводу роликов ОР не конкретны и требуют уточнения в части снижения интенсивности износа бочек роликов средствами электропривода.

2. В результате экспериментальных исследований на действующем широкополосном стане 2000 горячей прокатки ОАО «ММК» доказано, что чем больше рассогласование в скоростях образующих бочек роликов ОР и скорости движения полосы в различных режимах работы ОР, тем большее число роликов подлежит замене по причине чрезмерного износа их бочек.

3. Доказано, что известная методика расчета моментов нагрузки электродвигателей роликов ОР не позволяет с высокой точностью выполнить расчет моментов. Погрешность расчета по сравнению с экспериментально определенными значениями моментов нагрузки достигает 190%. Причиной высокой погрешности является отсутствие в известной методике расчета составляющей момента нагрузки от действия ламинарного охлаждения полосы.

4. Разработана методика определения составляющей момента нагрузки от действия ламинарного охлаждения. Для технических параметров отводящего рольганга и схемы ламинарного охлаждения стана 2000 ОАО «ММК» на основе экспериментальных данных получено уравнение регрессии для расчета момента сопротивления от действия ламинарного охлаждения на различных, в рабочем диапазоне, скоростях прокатки листа.

5. Предложена адекватная экспериментальным данным методика расчета требуемых по технологии значений моментов нагрузки на роликах роль-

3,1м/с

11 21 31 41 51 № ролика а) штатное рассогласование скоростей

А Ус! ср ~ 1,0м/с

21 31 41 51 № ролика б) скорректированное рассогласование скоростей

Рис.11

ганга и полных моментов электродвигателей роликов ОР с учетом изменения значений токов холостого хода в функции скорости транспортирования полосы и действия ламинарного охлаждения. Расчет динамической составляющей полного момента электродвигателя предложено выполнять на адекватной экспериментальным данным математической динамической модели электропривода роликов ОР.

6. Разработаны конкретные технологические требования к системе управления электроприводом роликов ОР с позиций снижения интенсивности износа бочек роликов за счет целесообразного изменения усилий на контакте ролик-полоса в пределах сил сцепления между последними.

7. Разработаны способ управления и функциональные схемы электропривода роликов ОР, позволяющие реализовать разработанные технологические требования с учетом реально изменяющихся в процессе работы ШСГП технологических параметров прокатки листа.

8. Разработан алгоритм управления электроприводом роликов ОР с учетом логики смены режимов работы стана и отводящего рольганга и параметров прокатываемого листа.

9. Результаты работы апробированы на действующем стане 2000 ОАО «ММК». Ожидаемый экономический эффект от внедрения упрощенного алгоритма управления электроприводом роликов ОР составил 0,36 млн. руб. в год.

10. Разработанные системы и алгоритмы управления электроприводом роликов ОР рекомендуются для внедрения на других отечественных ШСГП независимо от рода тока.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах.

Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК РФ:

1. Швидченко Н.В. Система управления электроприводом отводящего рольганга широкополосного стана горячей прокатки / Н.В. Швидченко, С.И. Лукьянов // Вестник ИГЭУ. Вып. 6, 2012. - С.95-99.

2. Швидченко Н.В. Разработка системы управления электроприводом отводящего рольганга широкополосного стана горячей прокатки 2000 ОАО «ММК» / Н.В. Швидченко, С.И. Лукьянов // Известия ТулГУ. Технические науки. Вып. 3: в 5 ч. Тула: ТулГУ, 2010. 4.1. - С. 207-213.

3. Швидченко Н.В. Система технического диагностирования механического и электрического оборудования отводящего рольганга стана горячей прокатки / С.И. Лукьянов, P.C. Пишнограев, Н.В. Швидченко // Изв. вузов. Электромеханика. 2006 - №4 - С. 71-75.

Патенты РФ

4. Патент РФ на изобретение 2373006, МПК7 В21В 37/46. Способ управления скоростным режимом отводящего рольганга широкополосного стана / A.B. Титов, С.И. Лукьянов., Н.В. Швидченко и др. // БИПМ - 2009. - №32. - С, 26.

Публикации в других изданиях:

5. Швидченко Н.В. Разработка математической модели электропривода отводящего рольганга широкополосного стана горячей прокатки / С.И. Лукьянов., Н.В. Швидченко, P.C. Пишнограев и др. // Математическое и программное обеспечение систем в промышленности и социальной сфере: Междунар. сб. науч. трудов. - Магнитогорск: МГТУ, 2011. - Ч. II. С. 71-77.

6. Швидченко Н.В. Снижение износа бочек роликов отводящего рольганга стана горячей прокатки средствами электропривода / С.И. Лукьянов, Н.В. Швидченко // Электротехнические системы и комплексы: межвуз. сб. науч. тр. - Магнитогорск: МГТУ, 2009. -Вып. 16. - С.178 - 184.

7. Швидченко' Н.В. Разработка технологических требований к электроприводу отводящего рольганга с целью снижения износа бочек роликов / С.И. Лукьянов, Н.В. Швидченко, А.П. Мухин и др. // Труды V Международной (XVI Всероссийской) конференции по автоматизированному электроприводу: 18-21 сентября 2007 г. - Спб., 2007. - С. 350-352

8. Швидченко Н.В. Технологические требования к электроприводам роликов отводящего рольганга стана ГП / С.И. Лукьянов, Н.В. Швидченко // Радиоэлектроника, электротехника и энергетика // Двенадцатая Междунар. науч.-техн. конф. студентов и аспирантов: Тез. докл. в 3-х т. — М.: МЭИ, 2006. Т.2.-С. 151-152.

9. Швидченко Н.В. Исследование распределения тянущих усилий по электроприводам роликов отводящего рольганга стана 2000 горячей прокатки / С.И. Лукьянов, Н.В. Швидченко, Д.В. Швидченко и др. // Материалы 64-й науч. - техн. конф. по итогам научно-исследовательских работ за 2004-2005 гг.: сб. докл. - Магнитогорск: МГТУ, 2006. - С.116-119.

10. Швидченко Н.В. Исследование моментов сопротивления транспортированию металла в электроприводе отводящего рольганга стана 2000 горячей прокатки / Н.В. Швидченко // Электротехнические системы и комплексы: Межвуз. сб. науч. тр. - Магнитогорск: МГТУ, 2005 - Вып. 11. — С. 97-100.

11. Швидченко Н.В. Методика расчета усилий транспортировки полосы на роликах отводящего рольганга стана горячей прокатки. С.И. Лукьянов, Н.В. Швидченко, P.C. Пишнограев и др. // Электротехнические системы и комплексы: Межвуз. сб. науч. тр. - Магнитогорск: МГТУ, 2005 — Вып. 10. — С. 39-44.

Подписано в печать 24.05.2013 Формат 60x84/16. Бумага тип. № 1.

Плоская печать. Усл.печ.л. 1,00. Тираж 100 экз. Заказ 297,

455000, Магнитогорск, пр.'Ленина, 38 Полиграфический участок ФГБОУ ВПО «МГТУ»

ФГБОУ ВПО «МАГНИТОГОРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ

УНИВЕРСИТЕТ им. Г.И. НОСОВА»

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДОМ ОТВОДЯЩЕГО РОЛЬГАНГА ШИРОКОПОЛОСНОГО СТАНА ГОРЯЧЕЙ ПРОКАТКИ

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Специальность 05.09.03 - Электротехнические комплексы и системы

На правах рукописи

ШВИДЧЕНКО Николай Владимирович

Научный руководитель доктор технических наук, профессор

Лукьянов С. И.

Магнитогорск 2013

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ 4

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ РАБОТЫ ЭЛЕКТРОПРИВОДА РОЛИКОВ 10

ОТВОДЯЩЕГО РОЛЬГАНГА НЕПРЕРЫВНОГО ШИРОКОПОЛОСНОГО СТАНА ГОРЯЧЕЙ ПРОКАТИ

1.1 Технологические особенности прокатки и смотки листа на ^ широкополосных станах горячей прокатки

1.2 Характеристика отводящего рольганга широкополосного стана 15 горячей прокатки

1.3 Анализ технологических требований к электроприводу роликов * ^ отводящего рольганга

23

1.4 Характеристика электропривода роликов отводящего рольганга стана 2000 ОАО «ММК»

29

1.5 Исследование влияния режимов работы электропривода роликов ОР на износ бочек роликов

ВЫВОДЫ 46

ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ РАСЧЕТА ТРЕБУЕМОГО МОМЕНТА ЭЛЕКТРОПРИВОДА РОЛИКА ОР

2.1 Исследование изменений моментов холостого хода электродвигателей роликов ОР

2.2 Разработка динамической модели электропривода роликов ОР

2.3 Исследование известной методики расчета момента нагрузки электродвигателя ролика ОР

2.4 Исследование влияния ламинарного охлаждения полосы на момент нагрузки электродвигателя ролика ОР

2.5 Методика расчета составляющей момента нагрузки электродвигателя ролика ОР от действия ламинарного охлаждения

2.6 Методика расчета требуемого момента электропривода ролика ОР ВЫВОДЫ

47

48

50 57

66

71

81 86

ГЛАВА 3 ГЛАВА 3 РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ 87

ЭЛЕКТРОПРИВОДОМ РОЛИКОВ ОР

3.1 Разработка функциональной схемы системы управления электроприводом ролика ОР

3.2 Разработка функциональной схемы системы управления электроприводом секции ОР

3.3 Разработка алгоритма управления электроприводом ролика ОР ВЫВОДЫ

ГЛАВА 4 АПРОБАЦИЯ ПОЛУЧЕННЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ В УСЛОВИЯХ СТАНА 2000 ОАО «ММК»

4.1 Расчет целесообразных значений управляющего воздействия в условиях группового электропривода стана 2000 ОАО «ММК»

4.2 Разработка алгоритма коррекции управления электроприводом второй секции ОР стана 2000 ОАО «ММК»

ВЫВОДЫ

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

ЛИТЕРАТУРА

ПРИЛОЖЕНИЕ А

ПРИЛОЖЕНИЕ Б

ПРИЛОЖЕНИЕ В

ПРИЛОЖЕНИЕ Г

ПРИЛОЖЕНИЕ Д

87 92

94

98

99

99 102

109

110 112 116 120 135 138 141

В настоящее время около 30% от общего объема выпуска стального проката в Российской Федерации составляет листовая продукция, получаемая на широкополосных станах горячей прокатки (ШСГП). Технология прокатки, оборудование и системы электропривода отдельных агрегатов ШСГП постоянно совершенствуются в направлении повышения качества продукции, производительности станов и снижения себестоимости проката. Одним из резервов снижения себестоимости листовой продукции является увеличение срока эксплуатации оборудования стана за счет совершенствования систем управления электроприводами основных агрегатов стана [1-4].

Производительность ШСГП и себестоимость продукции во многом зависят от эффективности работы участка смотки полосы и, в частности, отводящего рольганга (ОР) [5-7].

К электроприводу роликов ОР предъявляются технологические требования, направленные на безаварийное транспортирование головной и хвостовой частей проката до моталок. Невыполнение требований приводит к аварийным ситуациям, простоям стана на ликвидацию последствий аварий и отбраковке листа, не прошедшего нормальную смотку в рулон на моталке [8-13]. Данные технологические требования реализуются системой управления электроприводом ОР путем задания рассогласования скоростей между образующими бочек роликов и полосы. За счет этого создаются продольные усилия в головной и хвостовой частях полосы, необходимые для надежной транспортировки и качественной смотки полосы. В качестве рекомендуемых значений рассогласования скоростей в литературных источниках указываются 5-10 % [14], 7-12 % [15]. На практике эти значения достигают 30 %. При этом в технической литературе обоснование данных значений рассогласований отсутствует. Дополнительно к автоматическим настройкам в системах АСУ ТП предусмотрена коррекция рассогласования скоростей в ручном режиме оператором в зависимости от сортамента полосы [16, 17]. В результате значения опережений подбираются персоналом стана экспериментально с позиции обеспечения надежности работы ОР.

Это приводит к тому, что большинство электроприводов роликов ОР работает в режиме буксовок поверхностей роликов по полосе, что является причиной интенсивного износа бочек роликов [13, 18].

В режиме сопровождения полосы, когда она находится между клетью и моталкой, к электроприводу роликов отводящего рольганга предъявляется требование, поддерживать равенство скоростей образующих бочек роликов и прокатки. Наличие рассогласования скоростей образующих бочек роликов и полосы в этом режиме приводит к снижению качества полосы и износу бочек роликов [15]. К дополнительным недостаткам указанного способа реализации данного технологического требования можно отнести то, что согласование скорости образующей бочки ролика и полосы не гарантирует минимизации усилий на их контакте поскольку в условиях сцепления ролика с полосой усилие на их контакте может изменяться от нуля до определенного максимального значения. В результате на контакте ролика с полосой возникает нежелательное в данном режиме трение [19].

Создание новой системы автоматического управления электроприводом роликов ОР ШСГП позволит снизить рассогласование скоростей образующих бочек роликов ОР и скорости движения полосы на участке смотки, повысить срок эксплуатации роликов и, как следствие, снизить себестоимость выпускаемой продукции.

В связи с изложенным, целью настоящей работы является совершенствование системы управления электроприводом роликов ОР ШСГП, обеспечивающее увеличение срока эксплуатации роликов за счет уменьшения рассогласования скоростей образующих бочек роликов и проката в основных режимах работы ОР.

Достижение поставленной цели потребовало решение следующих задач:

- анализа известных технологических требований к электроприводу роликов ОР ШСГП с позиций снижения износа бочек роликов;

- экспериментальных и теоретических исследований электропривода роликов ОР в различных режимах его работы;

- разработки методики определения составляющей момента нагрузки электродвигателя ролика ОР от действия ламинарного охлаждения;

- разработки методики расчета требуемых по технологии моментов нагрузки электроприводов роликов для различных режимов работы ОР при условии недопустимости буксовок на контакте ролик-полоса;

- коррекции технологических требований к электроприводу роликов ОР с позиций снижения интенсивности износа бочек роликов;

- разработки способа, технических решений и алгоритма управления электроприводом роликов ОР, обеспечивающих увеличение срока эксплуатации роликов;

- экспериментальной оценки предложенных технических решений, промышленного внедрения разработанного алгоритма на стане 2000 ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат» (ОАО «ММК»), оценки технико-экономической эффективности.

К защите представляются следующие основные положения:

1. Технологические требования к электроприводу роликов ОР ШСГП с позиций снижения интенсивности износа бочек роликов.

2. Результаты экспериментальных и теоретических исследований действующего электропривода роликов ОР на стане 2000 ОАО «ММК».

3. Методика расчета составляющей момента нагрузки электродвигателя ролика ОР от действия ламинарного охлаждения.

4. Методика расчета требуемых по технологии значений моментов электродвигателей роликов для различных режимов работы ОР с учетом ламинарного охлаждения и работы роликов рольганга в пределах сил сцепления с транспортируемой полосой.

5. Способ, технические решения и алгоритм системы управления электроприводом роликов ОР ШСГП, обеспечивающие реализацию новых технологических требований с учетом особенностей прокатки металла на ШСГП.

6. Результаты экспериментальных исследований и внедрения разработанной системы управления на широкополосном стане 2000 горячей прокатки и оценки их эффективности.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Разработаны конкретные технологические требования к системе управления электроприводом роликов ОР, реализация которых обеспечивает снижение интенсивности износа бочек роликов.

2. Разработана методика расчета составляющей момента нагрузки электродвигателя ролика ОР от действия ламинарного охлаждения.

3. Разработана методика расчета требуемых по технологии значений моментов электродвигателей роликов ОР для различных режимов его работы в пределах сил сцепления на контакте ролик-транспортируемая полоса.

4. Разработан способ управления электроприводом роликов ОР, согласно которого осуществляется автоматическое регулирование скоростей образующих бочек роликов ОР в функции требуемых по технологии значений моментов электродвигателей в различных режимах работы ОР.

5. Разработаны технические решения и алгоритм управления электроприводом роликов ОР, обеспечивающие в соответствии с технологическими требованиями минимальное рассогласование скоростей образующих бочек роликов и транспортируемой полосы в различных режимах работы ОР.

В первой главе выполнен анализ технологических особенностей прокатки листа на ШСГП и транспортирования полосы до моталок на отводящем рольганге. Показано, что технологические требования к электроприводу ОР нуждаются в корректировке и уточнении с позиций снижения интенсивности износа бочек роликов ОР средствами автоматизированного электропривода роликов. Экспериментально установлено, что применяемая на стане 2000 система управления электроприводом роликов ОР при реализации основных технологических требований не обеспечивает минимизацию рассогласования скоростей между образующими бочек роликов ОР и транспортируемой полосой в различных режимах работы ОР. Отмечено, что чем выше рассогласование указанных скоростей, тем большее число роликов подлежит замене по причине износа их бочек.

Поставлена задача совершенствования системы управления электроприводом роликов ОР, обеспечивающей снижение интенсивности износа бочек роликов.

Вторая глава посвящена разработке методики расчета требуемых по технологии значений моментов нагрузки электродвигателей роликов ОР и напряжений задания на скорости образующих бочек роликов во всех режимах работы ОР с позиций минимизации рассогласования скоростей образующих бочек роликов и полосы.

В результате экспериментальных исследований на стане 2000 ОАО «ММК» установлено, что включение и выключение ламинарного охлаждения приводит к существенным изменениям токов якорей электродвигателей роликов ОР, расположенных в зоне действия водяного потока. Разработана методика определения составляющей момента нагрузки электропривода ролика ОР, обусловленной действием ламинарного охлаждения полосы.

Разработана методика определения составляющей момента нагрузки электропривода ролика ОР, обусловленной действием ламинарного охлаждения полосы. Доказана адекватность экспериментальным данным результатов расчета требуемого по технологии момента нагрузки, рассчитанного с учетом ламинарного охлаждения. Предложена методика расчета полных моментов электродвигателей роликов ОР с учетом изменчивости значений токов холостого хода в функции скорости транспортирования полосы и действия ламинарного охлаждения. Расчет динамической составляющей полного момента электродвигателя предложено выполнять на адекватной экспериментальным данным математической динамической модели электропривода роликов ОР.

Разработаны конкретные технологические требования к системе управления электроприводом роликов ОР с позиций снижения интенсивности износа бочек роликов за счет целесообразного изменения усилий на контакте ролик - полоса в пределах сил сцепления между последними.

Третья глава посвящена разработке функциональной схемы и алгоритма работы системы управления электроприводом роликов ОР. -

Показано, что идеальным вариантом реализации разработанных технологических требований к электроприводу роликов ОР является применение индивидуальной схемы силового питания электродвигателей от отдельных тиристорных преобразователей (преобразователей частоты). Для существующих систем электроприво-

да роликов ОР предложена схема с сохранением группового питания электродвигателей секции и дополнительной установкой в якорные цепи индивидуальных регуляторов напряжения с управлением по принципу широтно-импульсной модуляции.

Разработан алгоритм управления электроприводом роликов ОР ШСГП для технологических условий прокатки листа на широкополосном стане 2000 горячей прокатки с учетом логики смены режимов работы стана и отводящего рольганга и схемы включения ламинарного охлаждения для транспортируемой полосы.

В четвертой главе выполнена апробация результатов диссертационного исследования в условиях группового электропривода роликов ОР стана 2000 ОАО «ММК». Для электропривода роликов второй секции ОР стана 2000 ОАО «ММК» с помощью разработанной методики расчета требуемого момента электродвигателя ролика ОР была выполнена коррекция скоростных режимов роликов ОР при транспортировании головной части полос. Приведены результаты технической эффективности внедренного на действующем стане алгоритма.

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ РАБОТЫ ЭЛЕКТРОПРИВОДА РОЛИКОВ ОТВОДЯЩЕГО РОЛЬГАНГА НЕПРЕРЫВНОГО ШИРОКОПОЛОСНОГО СТАНА ГОРЯЧЕЙ ПРОКАТИ

Одной из основных причин замены роликов на ОР ШСГП является абразивный износ бочек роликов, возникающий в результате трения на контактах бочек роликов с транспортируемой полосой.

Одним из способов повышения стойкости бочек роликов ОР является целесообразное управление скоростными режимами работы электропривода отводящего рольганга с целью минимизации износа бочек роликов при условии выполнения технологических требований, предъявляемых к электроприводу ОР.

Анализ технологических особенностей смотки в рулон готового проката на ШСГП, особенностей работы электропривода роликов ОР и предъявляемых к нему технологических требований позволит определить пути дальнейших исследований в направлении разработки эффективной с точки зрения снижения интенсивности износа роликов системы автоматического управления электроприводом роликов ОР.

1.1 Технологические особенности прокатки и смотки листа на широкополосных станах горячей прокатки

На широкополосных станах горячей прокатки (ШСГП) прокатывают листовую и полосовую продукцию толщиной от 0,8 до 27мм и шириной до 2350 мм. Основным сортаментом ШСГП являются полосы толщиной 1,2-16 мм (таблица 1.1) [2].

Марочный сортамент ШСГП - рядовые и качественные углеродистые, низколегированные, нержавеющие и электротехнические марки стали [2].

Типовой ШСГП (рисунок 1.1) состоит из участка печей, участков черновой и чистовой обработки проката и участка смотки [2].

Таблица 1.1- Основные характеристики ШСГП

Стан Предприятие Год пуска Сортамент, мм Производительность млн. т./год

Россия

2000 ОАО «ММК» 1991 1,2-16x750-1850 до 6

2000 ОАО «Северсталь» 1974 1,2-16x900-1850 до 6

2000 ОАО «НЛМК» 1969 1,2-16x900-1850 до 6

2500 ОАО «ММК» 1960 2-10x1250-2350 1-2,5

Украина

1700 ОАО «МарМК» 1960 1,5-11x1000-1540 3-4

1680 ОАО «Запорожсталь» 1936 1,5-6x1000-1520 1-2,5

Казахстан

1700 ОАО «ИСПАТ-Кармет» 1967 1,2-12x700-1550 3-4

Слябы, нагретые в печах 1 до температуры 1100+1280°С,перемещаются приемным рольгангом2 к черновой группе клетей стана 5. В вертикальномокалиноломате-леЗвыполняетсявзламывание печной окалины и обжатие боковых граней сляба. От вертикального окалиноломателя сляб поступает в черновую горизонтальную клеть 4с обжатиями сляба до 25-30%.В черновой группе клетейб осуществляется последовательное обжатие сляба универсальными четырехвалковыми клетями.Черновые клети могут располагаться прерывно (раскат одновременно в двух клетях не прокатывается) или непрерывно - несколько клетей объединяется в непрерывную группу. Применение непрерывной подгруппы клетей позволяет уменьшить протяженность черновой группы стана и улучшить температурный режим прокатки. Функции промежуточного рольганга 6 заключаются в транспортировке подката из черновой группы клетей в чистовую и обеспечение «разрыва» технологического потока, обусловленного превышением скорости выхода подката из черновой группы над скоростью входа его в чистовую группу клетей. Для снижения