автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.03, диссертация на тему:Автоматизированный электропривод совмещенного прокатно-волочильного проволочного стана
- доктора технических наук
- Радионов, Андрей Александрович
- город
- Магнитогорск
- год
- 2009
- специальность ВАК РФ
- 05.09.03
Автореферат диссертации по теме "Автоматизированный электропривод совмещенного прокатно-волочильного проволочного стана"
На правах рукописи
003462202
РАДИОНОВ АНДРЕЙ АЛЕКСАНДРОВИЧ
АВТОМАТИЗИРОВАННЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД СОВМЕЩЕННОГО ПРОКАТНО-ВОЛОЧИЛЬНОГО ПРОВОЛОЧНОГО СТАНА
Специальность 05.09.03 - Электротехнические комплексы и системы
АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук
1 О ОЕБ да
Магнитогорск, 2009
003462202
Работа выполнена в ГОУ ВПО "Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова"
Официальные оппоненты - доктор технических наук, профессор
Усынин Ю.С.
доктор технических наук, профессор Осипов О.И.
доктор технических наук, профессор Микитченко А.Я.
Ведущее предприятие - ОАО "Магнитогорский металлургический
комбинат", г. Магнитогорск
Защита состоится "19" мая 2009 г. в аудитории 227 в 13 часов 00 минут на заседании диссертационного совета Д 212.111.04 при ГОУ ВПО "Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова" по адресу: 455000, г. Магнитогорск, пр. Ленина, д. 38.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО "Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова".
Отзывы на автореферат (в двух экземплярах, заверенные печатью) просим направлять по адресу: 455000,. Магнитогорск, пр. Ленина, д. 38.
Автореферат разослан "10" февраля 2009 г.
Ученый секретарь диссертационного совета
К.Э. Одинцов
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность работы. Доля производства длинномерных изделий, таких как проволока, сорт и т.п. в общем объеме выпуска стального проката составляет 10...12 % (или в целом по России до 10 млн. тонн/год). Металлическая проволока, являясь основной продукцией метизного передела, находит применение практически во всех отраслях промышленности и хозяйственной деятельности. Основным способом ее производства является волочение через монолитные, либо роликовые волоки, реже холодная, либо теплая прокатка в двух- и многовалковых калибрах.
Основным направлением развития проволочного передела в XXI веке является применение ресурсосберегающих технологий, позволяющих не только интенсифицировать технологический процесс, повышать экономическую эффективность производства, но и получать продукцию с заданными физико-механическими свойствами. Неоспоримым достоинством процесса прокатки перед волочением являются более высокие скорости обработки, меньшие энергозатраты при производстве, отсутствие ограничений суммарных и единичных обжатий, обусловленных прочностью переднего конца проволоки. В свою очередь, проволока, полученная при волочении, обладает более точными геометрическими размерами, что существенно сказывается на качестве изготавливаемых из нее метизных изделий.
Объединить достоинства указанных процессов возможно при их совмещении в единой технологической линии. Так, одним из наиболее перспективных агрегатов для производства металлической проволоки являются совмещенные прокат-но-волочильные станы, имеющие в своем составе две последовательно расположенные секции - прокатную и волочильную. Оригинальным решением, позволяющим не только упростить оборудование и тем самым снизить капитальные и эксплуатационные затраты, но существенно повысить к.п.д. процесса прокатки за счет использования резерва сил трения в очагах деформации, является применение в непрерывной трехклетевой прокатной секции промежуточной неприводной клети. Энергия необходимая для деформации металла в такой клети подводится только посредством обрабатываемого металла путем подпора со стороны предыдущей и натяжения со стороны последующей клетей. Волочильная секция, имея прямоточную схему передачи металла, позволяет наиболее полно использовать достоинства процесса волочения. Кроме того, повысить производительность стана позволяет реализация непрерывного съема проволоки. Стан имеет в своем составе двухкатушечный намоточный аппарат с параллельным размещением вертикально расположенных катушек, осуществляющий автоматический переброс проволоки с заполненной катушки на пустую, и тем самым обеспечивающий непрерывную работу всего агрегата.
Технологическая линия вновь создаваемого агрегата - совмещенного про-катно-волочильного стана объединяет три группы электромеханических систем, имеющих принципиально новые взаимосвязи в непрерывном технологическом процессе. Очевидно, что при создании такого стана первоочередной задачей является разработка автоматизированных электроприводов, учитывающих весь комплекс принципиально новых взаимосвязей, конструктивных особенностей механизмов объекта и обеспечивающих как выполнение всех технологических требований, так и его безаварийную работу в целом
Цель работы. Целью диссертационной работы является разработка автоматизированных электроприводов нового технологического объекта - совмещенного прокатно-волочильного проволочного стана, обеспечивающего гибкое, энергоэффективное производство проволоки при одновременном увеличении производительности, снижении капитальных и эксплуатационных затрат и повышении качества продукции.
Достижение поставленной цели потребовало решения следующих основных задач:
- проведения анализа особенностей технологических режимов электромеханических систем совмещенного прокатно-волочильного стана, а также анализа существующих электроприводов непрерывных проволочных прокатных, прямоточных волочильных станов и намоточных аппаратов непрерывного действия;
- определения критериев оптимального (с точки зрения экономической эффективности технологического процесса) управления прямоточной волочильной секцией, границ устойчивости проката в межклетевых промежутках при его прокатке в секции с неприводной клетью. Разработки инженерной методики определения величины начального натяжения и обоснования оптимального закона его изменения в процессе намотки проволоки;
- разработки обобщенных и индивидуальных требований к электроприводам и системам управления технологических узлов стана;
- разработки инженерной методики расчета нагрузочных режимов электроприводов катушек и поворотного стола двухкатушечного намоточного аппарата;
- разработки математической модели совмещенного прокатно-волочильного стана (электромеханических систем приводная - неприводная - приводная клети - волочильные блоки - двухкатушечный намоточный аппарат с учетом взаимосвязи электроприводов через обрабатываемый металл) как объекта автоматизации;
- теоретических исследований динамических свойств электромеханических систем совмещенного прокатно-волочильного стана методами математического моделирования;
- разработки способов и систем управления электроприводами совмещенного стана с учетом их силовой взаимосвязи в новом технологическом процессе;
- теоретических и экспериментальные исследований разработанных автоматизированных электроприводов, а также промышленной апробации и внедрения полученных научных результатов.
Методы исследования. Теоретические исследования основывались на положениях теории электропривода, теории автоматического регулирования, методах операционного исчисления, статистической обработки данных. Решение отдельных задач выполнялось с использованием аппарата передаточных функций, аналитических и численных методов решения алгебраических уравнений и систем дифференциального и интегрального исчислений, методов преобразования структурных схем и структурного моделирования, численных методов аппроксимации, методов анализа с использованием логарифмических частотных характеристик. Разработанные алгоритмы реализованы в виде программных модулей для пакета визуального программирования SIMULINK математического пакета MAT-LAB 6.0. Экспериментальные исследования проводились в промышленных условиях путем прямого осциллографирования основных параметров с последующей их обработкой на действующем прямоточном волочильном стане, а также на специально созданном экспериментально-промышленном образце прокатной секции и на опытно-промышленном образце двухкатушечного намоточного аппарата.
Научная новизна работы заключается в создании систем автоматизированного электропривода нового технологического агрегата - совмещенного прокатно-волочильного проволочного стана.
Теоретически обоснованы и экспериментально подтверждены технологические требования к электроприводам прокатной и волочильной секций и двухкату-шечного намоточного аппарата с учетом особенностей прокатки с промежуточной неприводной клетью. Сформулированы критерии оптимального управления прямоточной волочильной секцией. Предложен энергетический подход к анализу взаимодействия проволоки и шпули двухкатушечного намоточного аппарата.
Создано математическое описание, разработаны структурные схемы, а также программный продукт для моделирования работы электроприводов совмещенного прокатно-волочильного стана с учетом их взаимосвязи через обрабатываемую проволоку, в основу которого положен закон сохранения энергии (впервые для описания электромеханических систем волочильных станов/секций).
Предложена концепция построения автоматизированного электропривода совмещенного прокатно-волочильного стана, основанная на разделении задач по регулированию скорости, натяжения, противонатяжения и контроля величин критических углов в очагах деформации прокатных клетей между электроприводами различных клетей и блоков. Доказано, что в качестве ведущего (регулирующего скорость процесса обработки проволоки) необходимо использовать электропривод последнего волочильного блока. Электроприводы остальных, ведомых клетей, блоков и шпуль намоточного аппарата, осуществляют регулирование натяжения и противонатяжения во всех межклетевых, межбарабанных промежутках и на участке смотки.
Разработаны системы управления электроприводами трехкпетевой прокатной секции с промежуточной неприводной клетью, осуществляющие, в том числе, и контроль критических углов в очагах деформации приводных прокатных клетей. Доказана принципиальная невозможность косвенной оценки величины противона-тяжений отдельно в каждом межбарабанном промежутке волочильной секции и разработаны системы регулирования противонатяжения прямого действия электропривода вытяжного барабана с использованием датчиков усилий, устанавливаемых перед каждым волокодержателем. Разработана система управления автоматизированного электропривода катушек двухкатушечного намоточного аппарата. К реализации предложена комбинированная система управления электроприводом катушек, включающая системы регулирования скорости и натяжения, автоматически переключающиеся в зависимости от режима работы намоточного аппарата.
Впервые в результате теоретических и экспериментальных исследований подтверждена возможность практической реализации в прокатной линии неприводных рабочих клетей, значительного снижения энергопотребления при прокатке и волочении, а также реализации непрерывного съема проволоки со стана средствами разработанных электроприводов и систем управления.
Практическая ценность и реализация работы состоит в том, что в результате разработки автоматизированных электроприводов и систем управления созданы технические предпосылки для промышленного исполнения принципиально нового совмещенного прокатно-волочильного стана, обеспечивающего гибкое, менее энергоемкое производство проволоки, отличающегося более высокими эксплуатационными характеристиками по сравнению с известными агрегатами.
Создан автоматизированный электропривод промышленно эксплуатируемо-
го прямоточного волочильного стана, экспериментально-промышленного образца прокатной секции с промежуточной неприводной клетью, а также опытно-промышленного образца двухкатушечного намоточного аппарата.
Определены и экспериментально подтверждены алгоритмы управления электромеханическими системами совмещенного стана (отдельно волочильной, прокатной секций и двухкатушечного намоточного аппарата).
Доказаны возможность и целесообразность реализации средствами автоматизированного электропривода использования резерва втягивающих сил трения в прокатных клетях и снижения затрат на деформацию проволоки при волочении.
Разработанные системы автоматизированного электропривода опробованы и внедрены:
- на действующем волочильном стане ОАО "Белорецкий металлургический комбинат", в результате чего снижены затраты электроэнергии при волочении на 9 % и повышена производительность стана за счет снижение обрывности проволоки на 12 %;
- на экспериментально-промышленном образце прокатной секции ОАО "Белорецкий металлургический комбинат", в результате чего доказана возможность снижения затрат электроэнергии на изготовление проволоки до 24 %;
- на намоточном аппарате действующего волочильного стана ОАО "Магнитогорский калибровочный завод", в результате чего увеличена производительность процесса волочения на 14 %.
Результаты диссертационной работы также переданы в ОАО "Магнитогорский ГИПРОМЕЗ", где приняты к использованию при проектировании оборудования для производства проволоки.
Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждаются правомерностью принятых исходных положений и предпосылок, корректным применением методов исследования, применением классических методов теории электропривода, теории автоматического управления и теории обработки металлов давлением, методов операционного исчисления и статистической обработки данных, а также практической реализацией и экспериментальными исследованиями разработанных систем электропривода в промышленных условиях.
К защите представляются следующие основные положения:
1. Требования к автоматизированным электроприводам принципиально нового технологического объекта - совмещенного прокатно-волочильного проволочного стана. Критерии оптимального управления прямоточной волочильной секцией с позиций повышения энергоэффективности процесса. Рациональный закон изменения натяжения в проволоке, при котором натяжение в процессе намотки изменяется по гиперболическому закону обратно пропорционально радиусу проволочной паковки. Инженерная методика определения величины начального натяжения проволоки при ее намотке на шпулю.
2. Математические модели электромеханических систем совмещенного прокатно-волочильного стана как объекта управления, учитывающие как взаимосвязи электроприводов через проволоку, так и принципиально новые особенности режимов прокатки с промежуточной неприводной клетью, вновь выявленные особенности влияния противонатяжения на поведение металла в очаге деформации при волочении, а также особенности процесса намотки проволоки на принципиально новом двухкатушечном намоточном аппарате непрерывного действия.
3. Методика расчета нагрузочных режимов электроприводов катушек и поворотного стола двухкатушечного намоточного аппарата, конструктивно отличающегося от известных и подобных ему устройств.
4. Концепция построения автоматизированного электропривода принципиально нового технологического агрегата - совмещенного прокатно-волочильного стана, реализующая выполнение противоречивых требований по точности регулирования скорости обработки, натяжения, противонатяжения и контролю величин критических углов в очагах деформации прокатных клетей путем разделения их на один ведущий (электропривод последнего волочильного блока) и остальные ведомые.
5. Системы и алгоритмы управления электроприводами прокатной секции, впервые имеющей в своем составе неприводную рабочую клеть, отличающиеся наличием дополнительного контуров регулирования противонатяжения и критических углов в очагах деформации приводных клетей, а также настройки контуров регулирования.
6. Системы и алгоритмы управления электроприводами катушек двухкатушечного намоточного аппарата новой конструкции, а также настройки контуров регулирования, учитывающие более высокие частоты возмущающих воздействий.
7. Экспериментально-промышленный образец прокатной секции, опытно-промышленный образец двухкатушечного намоточного аппарата, автоматизированный электропривод прямоточного волочильного стана, внедренный на действующем волочильном стане ВПТ 5/750 цеха № 16 ОАО "Белорецкий металлургический комбинат".
8. Результаты теоретических и экспериментальных исследований статических и динамических свойств разработанных электроприводов и систем управления, подтверждающие принципиальную возможность использования резерва втягивающих сил трения в прокатных клетях, снижения затрат на деформацию проволоки при волочении и реализации процесса непрерывного съема проволоки, а также работоспособность разработанных электроприводов и систем управления.
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы неоднократно докладывались и обсуждались на заседаниях и научно-технических семинарах энергетического факультета и кафедры электропривода и автоматизации промышленных установок ГОУ ВПО "Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова", на заседаниях научно-технического совета ОАО "Белорецкий металлургический комбинат" (сентябрь 2002 г., апрель 2005 г., октябрь 2007 г.).
Результаты работы докладывались на: IV, V международных (XV, XVI Всероссийских) конференциях по автоматизированному электроприводу (г. Магнитогорск, 2004 г.; г. Санкт-Петербург, 2007 г.); I, II международной научно-технической конференции "Металлургия XXI века" (г. Москва, 2005, 2006 г.г.); международной научно-технической конференции "Прогрессивные процессы и. оборудование металлургического производства" (г. Череповец, 2006 г.); 64-й научно-технической конференции по итогам научно-исследовательских работ за 2004-2005 г.г. (МГТУ, декабрь 2005 г.), также других семинарах и совещаниях, посвященных развитию автоматизированных электроприводов волочильных и прокатных станов метизно-металлургических предприятий Уральского региона.
Диссертационная работа рекомендована к защите объединенным заседанием кафедр энергетического факультета и факультета автоматики и вычислительной техники ГОУ ВПО "Магнитогорский государственный технический университет
им. ПИ. Носова" (январь 2009 г.) и заседанием кафедры автоматизированного электропривода ГОУ ВПО "Московский энергетический институт (технический университет)" (декабрь 2008 г.).
Публикации. Основное содержание работы -опубликовано в 44 печатных трудах, в том числе двух монографиях, одном пособии, рекомендованным учебно-методическим объединением вузов России по образованию в области энергетики и электротехники, 34 статьях и докладах, 4 патентах и 3 свидетельств о регистрации программ.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, семи глав, заключения, списка литературы из 176 наименований и 2 приложений на 8 страницах. Работа изложена на 332 страницах машинописного текста, в том числе 119 рисунков и 14 таблиц.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении рассмотрено состояние проблемы, обоснована актуальность работы, сформулированы цель и основные задачи исследований.
В первой главе на основе литературно-патентных исследований дан анализ технологических процессов прокатки и волочения проволоки на создаваемом совмещенном прокатно-волочильном стане, определены его закономерности. В результате теоретического анализа показана экономическая целесообразность применения прокатки с промежуточными неприводными клетями, а также установлено, что оптимизацией величин противонатяжений возможно существенно повысить эффективность и стабильность процесса волочения проволоки. Представлен обзор конструкций агрегатов для производства металлической проволоки, известных способов построения систем управления электроприводами непрерывных проволочных прокатных и волочильных станов, намоточных аппаратов.
Применяемые в настоящее время способы производства проволоки - прокатка и волочение имеют как достоинства, так и недостатки. Наиболее широко применяется процесс волочения. Связано это в первую очередь с его относительной простотой, хорошо изученной теоретической и практической базой. Для его осуществление имеется необходимое оборудование, освоено производство инструмента.
Однако процесс волочения, в сравнении с прокаткой, обладает повышенной энергоемкостью деформации. Это определяет большие давления в очаге деформации, повышающие мощность сил трения, температуру, изменяющие структуру, физико-механические свойства проволоки и зачастую приводящие к появлению различных поверхностных дефектов в виде надрезов, рисок, трещин и т.п.
Особенно актуальным это является для обработки легированных и малопластичных сталей и сплавов. Поэтому при производстве высокопрочной проволоки целесообразнее применять процесс прокатки, не имеющий указанных недостатков. Однако проволока, полученная в процессе прокатки, имеет невысокие геометрические характеристики.
Достоинства прокатных станов - низкие затраты на деформацию и волочильных станов - высокая точность геометрии производимой проволоки и качество ее поверхности можно объединить, совместив эти два процесса в единой технологической линии.
На рис. 1 приведены технологическая и кинематическая схемы разрабатываемого принципиально нового совмещенного прокатно-волочильного стана. Стан состоит из прокатной секции, имеющей в своем составе две приводные и одну непри-
водную клети, и волочильной секции, состоящей из двух вытяжных барабанов.
Отличительной особенностью прокатной секции является отсутствие электропривода второй клети. Расстояние между 1-ой и 2-ей клетями (очагами деформации) выполняется минимально возможным по конструктивным соображениям и достигает 15...25 см. Энергия, необходимая для деформации металла в неприводной клети, подводится только посредством обрабатываемого металла путем подпора со стороны первой клети и натяжения со стороны третьей клети. Такое решение, за счет использования резерва сил трения в очагах деформации приводных клетей, позволяет существенно уменьшить капитальные затраты при строительстве стана и повысить к.п.д. процесса прокатки.
1 2 3 2 4 5 5 8
Рис. 1. Технологическая и кинематическая схемы совмещенного прокатно-волочильного стана: 1 - разматыватель; 2-приводная прокатная клеть; 3- неприводная прокатная клеть; 4 - волока; 5 - барабан волочильного блока; 6 - редуктор; 7 - приводной электродвигатель; 8- намоточный аппарат
Волочильная секция, по сути, является непрерывным прямоточным волочильным станом с регулируемым противонатяжением. Стан снабжен также разматывате-лем и двухкатушечным намоточным аппаратом оригинальной конструкции (рис. 2).
Намоточные катушки 1 и 2 установлены на фиксирующих дисках 3, 4 с захватывающими устройствами 5, 6, крепящимися на приводных валах 7, 8. Последние, через соединительные муфты 9, 10, соединены с приводными электродвигателями 11 и 12. Двигатели расположены на столе 13, имеющем возможность вращения вокруг неподвижного вала 15 от электродвигателя 14. Между катушками 1, 2 установлены ножи 16, 17 и подвижная шторка 18. Переброс проволоки с заполненной катушки на пустую осуществляется следующим образом: проволока 19 (рис. 1, б) наматывается на катушку 1. После ее заполнения включается привод катушки 2, происходит ее разгон. Причем, направления вращения катушек противоположные. Разгон катушки 2 производится до уровня, когда линейная скорость вращения шейки катушки равна линейной скорости движения проволоки. При достижении равенства этих скоростей шторка 18 поднимается и начинается разворот стола. На рис. 1, в показано расположение элементов системы в момент разворота стола на 90°. По окончании разворота стола на 180° (рис. 1, г) шторка 18 опускается прижимая проволоку 19, которая, огибая шейку катушки 2 и нож 16, попадает в захват 6 и обрезается ножом 17. Катушка 1 останавливается, происходит
намотка на катушку 2. После ее наполнения цикл повторяется с той разницей, что стол поворачивается в противоположную сторону.
Рис. 2. Устройство (а) и принцип действия (б-г) двухкатушечного намоточного аппарата
По сравнению с традиционными станами совмещенный прокатно-волочильный стан обеспечивает следующие основные преимущества:
- снижение удельных капитальных затрат при строительстве стана на 10...15 %;
- увеличение производительности за счет снижения времени простоев, обусловленных как обрывом обрабатываемой проволоки, так и исключением технологических операций связанных с заменой катушек на участке смотки на 30...36 %;
- снижение эксплуатационных затрат за счет использования резерва сил трения при прокатке и сил противонатяжения при волочении до 24 %;
- повышенная гибкость производства - более быстрая перенастройка на выпуск различного марочного сортамента, возможность отгрузки продукции в паковках различной емкости без дополнительных операций по ее перемотке.
Представлен обзор известных принципов построения систем управления электроприводами прямоточных волочильных и непрерывных проволочных прокатных станов, приведено их описание. Изучение принципа работы известных систем и опыта их эксплуатации показало невозможность непосредственного применения последних в прокатной секции, а также низкое качество управления процессом волочения.
Так, на непрерывных проволочных прокатных станах, как правило, применяется традиционный способ управления - с регулированием скоростей металла по клетям таким образом, чтобы обеспечивался требуемый режим межклетевых натяжений. Опыт эксплуатации подобных систем на таких станах показал их низкую надежность работы. Более эффективным оказались автоматизированные электроприводы с системами прямого, либо косвенного регулирования межклетевых натяжений, а также системы стабилизации размеров проката. На подавляющем
большинстве действующих прямоточных волочильных станах эксплуатируется групповой электропривод, построенный на базе двигателей постоянного тока с последовательным, либо параллельным соединением якорей, не удовлетворяющий постоянно возрастающим технологическим требованиям, а потому не имеющим оснований быть принятыми в качестве электропривода волочильной секции разрабатываемого совмещенного стана.
Указано, что наиболее перспективным и универсальным устройством для непрерывного съема проволоки после волочильных станов является разрабатываемый двухкатушечный намоточный аппарат с параллельным расположением катушек.
На основе анализа технологических особенностей сформулированы общие технологические требования к автоматизированным электроприводам и системам управления. Определены диапазоны изменения регулируемых параметров - скоростей, натяжений и противонатяжений, требования по точности их регулирования. Установлено, что принципиально новыми требованиями, отличающими разрабатываемый электропривод от известных систем, являются:
- для электропривода прокатной секции - необходимость контроля величины критических (нейтральных) углов в очагах деформации приводных клетей;
- для электропривода волочильной секции - обеспечение регулирования величины противонатяжения и поддержания его на технически обоснованном уровне.
В результате проведенного сравнительного анализа возможных вариантов построения электроприводов предложена к реализации система преобразователь частоты - асинхронный короткозамкнутый двигатель с индивидуальным для двигателей всех прокатных клетей, волочильных блоков и намоточного аппарата инвертором и общим выпрямителем.
Определены задачи исследований.
Во второй главе на основе анализа технологического процесса определены критерии оптимального управления прямоточной волочильной секцией как электромеханической системой с позиции энергетической эффективности процесса. Под оптимальностью предложено понимать такие показатели экономической эффективности как максимальная производительность, минимум эксплуатационных затрат. Производительность стана при заданном технологическом режиме зависит от выбранной скорости волочения и в значительной степени от обрывности обрабатываемой проволоки. Эксплуатационные расходы, определяемые системой электропривода, зависят в первую очередь от количества энергии, потребляемой станом. Доказано, что критерием оптимального управления является достижение минимума тяговых усилий (потребляемой мощности) каждого вытяжного барабана; критерием оптимального регулирования - достижение минимума отклонения величины противонатяжения от заданных значений; критерием стабильности процесса является снижение заданного уровня противонатяжения на 30...40 % от энергетически оптимального значения.
Разработана методика определения границ устойчивости проката в межклетевых промежутках при его прокатке в секции с неприводной клетью. Доказано, что:
- границей устойчивости в промежутке после неприводной клети является условие исключения пластической деформации находящегося в нем проката;
- максимальное значение подпора, не приводящего к потере устойчивости проката в межкпетевом промежутке перед неприводной клетью, зависит как от физико-механических свойств обрабатываемого металла, площади и формы его сечения,
так и расстояния между неприводной и предшествующей ей приводной клетями.
Показано, что для всего диапазона сортамента металла, обрабатываемого на совмещенном прокатно-волочильном стане, мощностей сил натяжения и подпора достаточно для осуществления процесса прокатки в неприводной клети.
Предложен и обоснован энергетический подход к анализу взаимодействия проволоки и шпули намоточного аппарата, согласно которому деформация шпуль определяется долей потенциальной энергии упругого растяжения проволоки, воспринятой ею и зависящей от режима намотки. Обоснован рациональный закон изменения натяжения, при котором натяжение в процессе намотки снижается в функции радиуса проволочной паковки: Тм = [(уям). Применение этого закона
уменьшает долю энергии, воспринимаемой шпулей от проволоки, и снижает ее деформацию. Разработана инженерная методика определения величины начального натяжения проволоки (при ее намотке на пустой барабан шпули). Для этого проведено обобщение экспериментальных исследований взаимодействия проволоки и шпули, проведенных на лабораторной установке и в промышленных условиях.
Разработана методика расчета нагрузочных режимов электроприводов катушек и поворотного стола нового двухкатушечного намоточного аппарата. На рис. 3 показаны тахограммы и нагрузочные диаграммы двигателей этих электроприводов. Момент двигателя барабана намоточного аппарата предложено рассчитывать по выражению
Мдвм=МСм+МдиНм
м.
изги
Мы
ег-сГ
кон
}редм 1реди
3 ■ Егот ' ^кон )
- + МУ
+ Мди
+ Тм^м+Му
1
+ и1м 'Ьедм ^д, •-'рей,
м\ икон
в-кЗ-ь*
+ VI
Уи
м 'гм
8-
■Ь,
■ )редм ■ "и
учитывающему влияние натяжения и изгиба проволоки, изменение радиуса и момента инерции паковки, физико-механические свойства сматываемой проволоки. Здесь и далее Мс , М$ин , Мизг , Мнат , Мхх - соответственно статическая и динамическая составляющие момента двигателя, момент необходимый для изгиба проволоки, момент от ее натяжения, момент холостого хода; 8К0Н, бкон , Егот , р - соответственно площадь сечения, диаметр, модуль упругости и удельный вес (плотность) материала сматываемой проволоки, уре^ - передаточное число редуктора; Йм , Ьм - радиус и ширина мотка; Тм , \/м - натяжение и скорость смотки; - суммарный момент инерции приведенный к валу двигателя.
Отмечено, что в период времени Д/ (см. рис. 3) происходит обрыв проволоки и натяжение для заполненной катушки возрастает до величины Тм = а ■ 8К0Н , а
результирующая сила, прикладываемая к пустой катушке, направлена согласно ее вращению.
Момент двигателя барабана намоточного аппарата предложено рассчитывать по выражению
мдвп =МСп+МдиНп
1редп
+мдь
м-\у\
■^¡{М - х)2 + у2
+ МУ
]редп
ба)де
сН
в котором х и у - координаты радиус-вектора описывающего в декартовой системе координат положение точки соприкосновения проволоки с наматываемой катушкой относительно центра вращения поворотного стола, выражение для определения которых получено в работе.
Рис. 3. Тахограмма и нагрузочная диаграмма дЕ!игателей намоточного аппарата
В третьей главе определены функциональные и структурные взаимосвязи между технологическими переменными (момент двигателя, скорость, межклетевые
натяжения и подпор, усилие волочения, противонатяжение) для отдельных электроприводов совмещенного прокатно-волочильного стана. Разработано обобщенное математическое описание электромеханических систем с учетом упругих свойств обрабатываемого металла, на основании которого предложена структурная схема взаимосвязи электроприводов прокатной секции с промежуточной неприводной клетью, прямоточной волочильной секции и двухкатушечного намоточного аппарата.
При разработке математических моделей были сделаны следующие основные допущения, которые, по мнению автора, не вносят существенных погрешностей в результаты расчетов:
1. В промежутках между очагами деформации:
- вес проволоки незначителен и не оказывает влияния на ее деформацию;
- физико-механические свойства материала проволоки однородны;
- заготовка имеет неизменные площадь и форму сечения;
- напряжения в заготовке и обрабатываемой проволоке вне очагов деформации не достигают предела текучести материала, т.е. деформация носит исключительно упругий характер, а на участках размотки и намотки деформация носит упругопла-стический характер;
- упругая деформация равномерно распределена по всему сечению заготовки, волновые процессы, связанные с распределением деформации по длине, ничтожно малы и ими пренебрегается;
- изменение радиуса мотка происходит непрерывно (не рассматривается мгновенное изменение радиуса мотка при переходе проволоки со слоя на слой).
2. В очагах деформации:
- волока, прокатные валки и клеть рассматриваются как абсолютно жесткие механические системы;
- шероховатость поверхности инструмента одинакова по всему очагу деформации;
- свойства технологической смазки, а, следовательно, и коэффициент трения, по всему очагу деформации постоянны;
- границы очага деформации обусловлены теорией жестких концов и совпадают с входным и выходным сечениями обрабатываемого в очаге металла;
- процесс формирования (изменения) критического угла носит безинерционный характер.
3. В механических узлах стана:
- упругие свойства соединительных валов и редукторов не оказывают заметного влияния как на режимы работы электродвигателей, так и на процесс формирования натяжения (подпора) в проволоке;
- отсутствуют процессы буксовки прокатных валков и проскальзывание проволоки по барабану волочильных блоков.
Проведенный анализ физических процессов, происходящих в совмещенном прокатно-волочильном стане как электромеханической системе, позволил с целью создания математического описания разбить его на следующие части: электромеханические преобразователи (электродвигатели, силовая часть преобразователей частоты или тиристорных преобразователей), клети (включая редукторы), очаги деформации, межклетевые промежутки.
Математические описания системы ПЧ-АД либо ТП-Д, а также редукторов в реализованной модели подобны известным.
В основу построения математической модели очагов деформации был положен закон сохранения энергии, записанный в виде баланса мощностей (соответст-
венно для прокатной клети и волочильного блока):
Л/а + Л/т - Л/0 = Л/ф + ыт, Л/7. - N,3. = Л/ф. + ЛЦ + Л/уе.,
где Л/в - мощность, подводимая к очагу деформации со стороны электропривода валков; Л/г - мощность, подводимая к очагу деформации тянущим усилием Т через передний конец проволоки; Л/о - мощность, подводимая к очагу деформации задним натяжением/подпором (противонатяжением) О через задний конец проволоки; Л/® - мощность, затрачиваемая на формоизменение (вытяжку) металла; Л/т-мощность сил трения скольжения на контактной поверхности обрабатываемого металла с валками (волокой); Л/Уа - мощность, расходуемая на упругую деформацию проволоки в волоке.
Предложенное математическое описание очагов деформации представлено следующими системами уравнений: - для приводных клетей
Т: ■
Мд. = MQ¡ - Мт. + Мф. + Mm¡, MT¡
Mqbj =<JrS£.-R8- -COSГ; -In/Л
Mn
Г i =
■ 2-fra¡-Re¡¿-b¡ X X
1-
Sr -cosr¡
П; "
%
Q,.v«
S" - eos a i
Yi
da¡ + \ o
Sr -COS Y¡ n¡ "
da¡
a o,
M„,
2 4 • f¡ ■ a¡ ■ R.3¡ 2 • bj
= 1' ffcpi =
07 _ 1 + 07
цвЫХ
m
2'®e,- ^ -ь,-
•(1-cosr,), V®
у в ЫХ
ex _ "/ n¡
Mi
Sa*
;вых =
Pi
Sa=Seblx+2-R -b: -(1-cosa,), S^=Ssb,x+2R -ft; •(1-cos^-)
/7; П/ в,- ' v ' ' П/ ilj S; ' v "'
- для неприводной клети
T, Vs
Mq2 = мТ2 - мф2 - М^ - МХХ2, Мт2 = •
л2
®2
Wm2 =2f2-a2-Re2 -b2
«0, /2 = —^ + '
"02
Í
Y2
1-
S7, cos кр л2
S -cos ар л2
>-2
■ + J
о
п2
• COS /2
Sa -cosa? n2 ¿
• -1
da2
хх2
q2
A-f2-a2-Re2 'b2
лАУ
MQ2 ■ Ve2 овых
C2 = o-1 ■
/cp2
cr-j + a"2
n2
22_yebIX=veX
Л2 /72 2
увЫХ "2
/'2
--®2---(l-COS/2)
>e2
geb/X n2
при волочении
N0,
О/ =
■V
вх
П;
Мо, = N7/ - МФ/ А/Г,- =Г/-С
N
ув,-
Л/
ф/
/V
уд;
ЛЦI
•1п
'ПЦ/
+1
■
г/ • 1П /// • ■ в6* -1/'
Nr
= и
/вх
Я
вх
^ вых П-,
БШ а;
■%еых
Ь, /?,
вх
твЫХ
- соответственно площадь сечения, ширина и ра-
'обж / -где г®*,
диус обрабатываемого металла на входе в очаг деформации и на выходе из него; Эр , - соответственно площади обрабатываемого металла в сечении угла а и критической поверхности (поверхности внутри очага деформации, все точки которой имеют скорость, равную окружной скорости валков); V®* , \/®ых - скорость проволоки на входе в очаг деформации и на выходе из него; а, сгпц, Е - истинное сопротивление деформации, предел пропорциональности и модуль упругости материала проволоки; - радиус валка; а)в - угловая скорость вращения прокатного валка; ад ■ У ~ соответственно угол захвата и критический угол очага деформации при прокатке; /0§ж, /кал, а - длина обжимающей части волоки и ее полуугол; ¡л - коэффициент вытяжки; ( - коэффициент трения в очаге; / - номер очага деформации в линии стана.
Разработанное математическое описание межклетевых промежутков представляется дифференциальными уравнениями, записанными в операторном виде - перед приводной клетью
Г/ = 0/+1
1г, -Р
- перед неприводной клетью 1-т, -Р
Vе"
"(¡и)
Vе* = т,
П 2 1
Е-в
+ Vвыx вых п1
02
2'Р , увЫХ £ ^вХ П1
где Iе/
п 1 п2 -т , ¡-р -длина проволоки, на которой действуют соответственно силы Т и О.
Разработанное математическое описание /' - го межбарабанного промежутка представляется системой дифференциальных уравнений, записанной в операторном виде
Е, ■ 5 вых
1 П1 -р
V(р) = а,*, (рУ . V(р) = Юдв, (р). Я™* , V« = О, (р).
'■О/ -Р Е/ ■ Э8*
®(/-1)
где - угловая скорость барабана.
Разработанное математическое описание электромеханической системы "чистовой тянущий барабан - моталка" с учетом взаимодействия через проволоку представлено системой дифференциальных уравнений, записанной в операторном виде
Мизгм (Р) , ,
—г— г— МХХн (Р),
1реды 1редм
М
дин.
М
двь
М.
(Р)=5
Кон
а ■ б
Кон
Р2 а ■ Ни
3-Е
гот "СКон )
4-5„
V бм 4-Ь1
^„(р)= ^ 0„ +■
(Р)-Р'
2-У
реа„
^ (Р) = «евн (Р)- Гм (р) = (р)- ^ Ц ■
Особенностью технологической нагрузки двухкатушечного намоточного аппарата является наличие режима обрыва проволоки на участке между двумя катушками - заполненной и свободной. В этом режиме происходит увеличение натяжения вплоть до значения, при котором удельные величины растягивающих сил в проволоке превышают ее предел прочности.
На рис. 4 приведена структурная схема разработанной математической модели переброса проволоки с заполненной катушки на пустую. Переключение режима работы осуществляется срабатыванием ключей Эм, 5^.2, Биз и Эг. При этом
-1 Егот ' §кон
1-2
> ^гот ' ^кон
гуу г 1тм2-Р
Рис. 4. Структурная схема математической модели переброса проволоки
нормально замкнутый контакт Бы размыкается, а три других 5« и Бг- замыкаются. Натяжение на выходе стана начинает формироваться между вытяжным барабаном и второй катушкой. В свою очередь момент от натяжения между катушками направлен против вращения первой катушки и согласно моменту двигателя второй. Контакт Бг размыкается при обрыве проволоки на участке между катушками, т.е. по окончании режима переброса проволоки.
На основании разработанных математических моделей различных частей совмещенного прокатно-вопочильного стана составлена его комплексная математическая модель как объекта автоматизации. Укрупненный вид структурной схемы модели представлен на рис. 5. С целью создания условий для исследования совместной работы электроприводов стана, оценки степени их взаимного влияния модель была реализована в виде программных модулей для пакета визуального программирования ЭИШШК математического пакета МАТ1.АВ 6.0.
Четвертая глава посвящена аналитическим исследованием электромеханических систем стана. При исследовании был использован метод логарифмических амплитудно-частотных характеристик.
Анализ динамических свойств электромеханической системы приводная -неприводная - приводная клети показал, что:
- натяжение, подпор и критические углы очагов деформации как по отношению к управляющим воздействиям - скорости и момента электродвигателей, так и возмущающим воздействиям - условий деформации, натяжений проволоки до секции и после нее, носят колебательный характер с диапазоном частот колебаний 120...240 рад/с;
- скорости двигателей 1-ой и 3-ей клетей по ходу технологического процесса, а также электромагнитный момент 3-его двигателя как управляющие воздействия существенно влияют на установившиеся значения межклетевых натяжения, подпора и критических углов очагов деформации;
- имеется принципиальная возможность создания систем автоматизированного электропривода, обеспечивающих регулирование основных координат - скорости, межклетевых натяжения и подпора, а также контроль критических углов очагов деформации в системе приводная - неприводная - приводная клети.
Исследования динамических свойств известных систем электроприводов прямоточных волочильных станов показали, что:
- процесс формирования противонатяжений как по отношению к управляющему воздействию - моменту электродвигателей, так и возмущающим воздействиям -изменению скорости волочения, условий деформации, натяжений проволоки до стана и после него, носит колебательный характер;
- электромагнитный момент двигателя как упраЕ)ляющее воздействие оказывает существенное влияние на установившееся значения противонатяжений во всех межбарабанных промежутках, в динамике же наиболее ощутимое воздействие наблюдается лишь в следующем по ходу технологического процесса межбарабанном промежутке;
- применяемые в настоящее время системы электропривода вытяжных блоков прямоточных волочильных станов не обеспечивают регулирование противонатя-жения с необходимой точностью и требуют совершенствования.
Теоретический анализ двухкатушечного намоточного аппарата как электромеханической системы выявил следующие особенности:
Рис. 5. Укрупненная структурная схема обобщенной математической модели совмещенного прокатно-волочильного стана как объекта автоматизации
- процесс формирования натяжения при намотке проволоки носит колебательный характер как по управляющему, так и по возмущающему воздействиям;
- возможный диапазон частот колебаний натяжения составляет 44...66 рад/с;
- эксцентриситет паковки оказывает существенное влияние на процесс формирования натяжения, вызывая в нем колебания по амплитуде, соизмеримые со значением натяжения смотки, что на практике приводит к обрыву проволоки, а значит накладывает ограничения на скорость намотки, а следовательно и на производительность всего стана в целом;
- в случае построения системы косвенного регулирования натяжения в нем в режимах разгона и торможения возникают динамические отклонения, превышающие по величине максимально допустимый уровень;
- при синтезе системы регулирования электроприводов катушек необходимо компенсировать влияние эксцентриситета паковки на натяжение проволоки, а также исключить динамические отклонения последнего при разгоне и торможении стана.
Полученные результаты аналитических исследований показали необходимость более подробного рассмотрения вопросов построения систем управления электроприводами клетей, блоков и катушек, а также позволили сделать вывод о принципиальной возможности реализации технологических требований средствами современного автоматизированного электропривода.
В пятой главе разработаны системы управления электроприводов клетей, блоков и катушек совмещенного прокатно-волочильного стана. Проработана идеология и разработан новый способ построения системы автоматизированного электропривода совмещенного прокатно-волочильного стана, укрупненная функциональная схема которого приведена на рис. 6.
Реализацию противоречивых требований по точности регулирования скорости обработки, натяжения во 2-ом межклетевом промежутке, контроля величин критических углов в очагах деформации прокатной секции, а также противонатя-жений в каждом межбарабанном промежутке волочильной секции и натяжения смотки предложено выполнить распределением задач между электроприводами -разделением их на один ведущий и остальные ведомые. Анализ динамических свойств электромеханических систем стана показал, что направление распространения колебаний совпадает с ходом технологического процесса, а потому в качестве ведущего был выбран электропривод последнего волочильного блока. Тогда электродвигатели первого блока волочильной секции и обоих приводных прокатных клетей являются ведомыми и регулируют противонатяжения (межклетевое натяжение) в последующих промежутках, где они и оказывают наиболее ощутимое воздействие.
Алгоритм работы электроприводов следующий. С помощью блоков задания скорости, противонатяжений и натяжения последовательно задаются величины натяжения проволоки на участке смотки, противонатяжений в волочильной секции и натяжения во втором межклетевом промежутке в соответствии с маршрутом волочения (прокатки), при этом задание на скорость равно нулю. После установки противонатяжений и межклетевого натяжения во всех промежутках формируется сигнал на разгон стана. Стан разгоняется до рабочей скорости. При отклонении, например, противонатяжения от заданной величины - его увеличении в последнем межбарабанном промежутке, сигнал с датчика противонатяжения уменьшится, увеличивая тем самым разность сигналов на входе регу -
Рис. 6. Укрупненная функциональная схема автоматизированного электропривода совмещенного прокатно-волочильного стана
лятора противонатяжения. Сигнал на выходе регулятора лротивонатяжения увеличится, а значит, последовательно увеличатся задание на скорость (входной сигнал регулятора скорости), ток (входной сигнал регулятора тока) и сигнал задания на входе преобразователя частоты. Это приведет к увеличению момента двигателя, который в свою очередь кратковременно увеличит скорость, а поскольку мощность деформации не изменяется, то произойдет уменьшение величины противонатяжения. Таким образом, величина противонатяжения во втором межбарабанном промежутке примет свое исходное значение.
Отличительной особенностью прокатной секции совмещенного прокатно-волочильного стана от известных непрерывных прокатных станов является наличие промежуточной клети, не имеющей привода. Этот факт делает невозможным непосредственное применение известных систем электропривода. Проведенный анализ влияния технологических параметров на работу электропривода клетей позволил обосновать возможность реализации двух вариантов построения систем управления электроприводов клетей. В обоих вариантах САР электропривода 3-ей клети обеспечивает регулирование противонатяжения в следующем по ходу технологического процесса промежутке перед волокой и во взаимосвязи с волочильным блоком задает скорость прокатки. САР электропривода 1-ой клети в первой системе (рис. 7, а) обеспечивает стабилизацию скорости вращения рабочих валков, а во второй системе (рис. 7, б) - натяжения во 2-ом межклетевом промежутке. На обе системы получены патенты РФ на полезную модель.
Дополнительный контур регулирования критического угла (входящий в узел вычисления задания на скорость и натяжение и на рис. 7 не показан) обеспечивает его контроль в 1-ой клети и не допускает его уменьшения ниже заданной минимальной величины, либо обеспечивает выравнивание критических углов в очагах деформации приводных клетей.
Принцип регулирования при выравнивании критических углов может быть пояснен следующим образом. Согласно закону сохранения энергии, записанному выше в виде баланса мощностей, любое возмущающее воздействие приводит к изменению условий деформации - изменению соотношения величин мощностей формоизменения, упругой деформации, трения и т.д. Причем, регулятором энергетического равновесия является критический угол в очаге деформации, разделяющий две его зоны - отставания и опережения. Чем больше величина критического угла, тем длиннее зона опережения и тем выше скорость металла на выходе из клети (при условии постоянства скорости вращения валков). Откуда следует, что контроль за критическими углами может быть осуществлен косвенно. Для этого необходимо контролировать лишь скорости вращения прокатных валков (приводных электродвигателей). Действительно, скорости металла на входе в клеть и на ее выходе могут быть определены как
VвЬIX =Vв.+Vв. ^-^--{1-003 пЬ
Л/ 8/ в/ ^вых У Л;
п, щ I нвых
где \/е - окружная скорость валка; /?®ых - высота очага деформации.
Тогда узел вычисления задания на скорость должен быть реализован в соответствии со следующими системами уравнений: - для системы регулирования скорости (рис. 7, а)
Неприводная клеть
б
Рис. 7. Укрупненная функциональная схема электроприводов прокатной секции
иЗС1 -изс+икз°Р, икз°с;4из{п^з}-(Г1-у3ук0Г}^рку{р),
■к2-и0С1-к3'
ЗС-1
и,
У1 = агссси
Уз =агссо. Я
1 —
ос2 ■К1 +иос2 4
и,
0С2
иос1 •к4 ,
К 5 + У ос? 'к6~иос, 'к7
и,
ос3
■К8
К1 =
к4 =
в2
Р2-К,
в2
ос2
2-Я*
в1
п2
Я«
ос2
1-соз-
где
к3
к,
в,
к,
ОС-/
п-1 иЧ
2-Я
в2
К,
ос2
п2
■К,
ос2
1-СОЗ
«02
К7
вз
2-Я
МЗко
-,к8 =
вз
\„„ ивых ,, и-
осз -РЗ'кос3 "шах
-для системы регулирования межклетевого натяжения (рис. 7, б) ЗН1 ЗН1 ЗН-1
Чщ-Кшп-П'КопУМркуЬ) "РиК^-П-КогМ
С»0 "РчКпип-П-ХопН
Коу =
10
Пгг
ЗН-1
У1 = агссоа
1 иос2 " К1 + иос2 ' ~ ^ос-, '
иос1 'к4
где
К, =
К,
е2
-,К2=-
в2
ос2
л2
-К,
осг
7 - сой——
2-Я"
в1
К,
ОС-1
/7 вЫХКп
10
0/1
П„
Л7 ОС-]
На основе теоретических исследований процесса формирования противона-тяжения показана принципиальная невозможность косвенной оценки величины противонатяжений отдельно в каждом межбарабанном промежутке. В результате чего сделан вывод о необходимости применения датчиков усилий, устанавливаемых перед каждым волокодержателем. Была разработана система регулирования противонатяжения прямого действия, представляющая собой трехконтурную систему подчиненного регулирования с внутренними контурами тока, скорости и внешним контуром противонатяжения.
Синтез регуляторов натяжения, критического угла и противонатяжения предложено осуществить методом логарифмических амплитудно-частотных характеристик. Все контуры регулирования предложено настроить на модульный оптимум.
Разработана комбинированная система управления электропривода катушек двухкатушечного намоточного аппарата, обеспечивающая в соответствии с технологическими требованиями два режима работы. Первый, основной режим - смотка проволоки с регулированием натяжения. Второй, вспомогательный - переброс проволоки с заполненной катушки на пустую, а также торможение заполненной катушки с регулированием скорости двигателя соответствующей катушки.
Отмечено, что в режиме смотки проволоки электропривод катушек принципиально может быть выполнен как с косвенным, так и с прямым регулированием натяжения, и на этапе проектирования должны рассматриваться обе системы. Окончательный же ответ в пользу какой-либо системы регулирования может быть получен только на основе опыта длительной промышленной эксплуатации этих систем.
На рис. 8 приведен обобщенный вид структурных схем обеих систем. Система прямого регулирования является трехконтурной системой с подчиненным регулированием координат с внутренними контурами тока, скорости и внешним контуром натяжения.
Переключение режимов регулирования осуществляется автоматически за счет воздействия на уставку блока ограничения регулятора натяжения. При отсутствии проволоки и наличии сигнала задания на натяжение интегральная составляющая регулятора натяжения вводит его в ограничение. Уровень ограничения, задаваемый сигналом изс, устанавливает необходимую скорость вращения пустой шпули. Поскольку окружная скорость барабана катушки по технологическим условиям всегда задается выше линейной скорости проволоки, то в момент захвата последней натяжение начнет увеличиваться и регулятор натяжения однозначно выйдет из области насыщения, а следовательно вступит в работу контур регулирования натяжения.
При обрыве проволоки (потере натяжения) произойдет обратный процесс -сигнал на выходе регулятора натяжения начнет увеличиваться вплоть до его насыщения. Скорость вращения катушки с проволокой также начнет увеличиваться. Для остановки наполненной катушки необходимо уменьшить уровень ограничения регулятора натяжения до нуля.
Введенное на выход регулятора скорости множительно-делительное устройство обеспечивает инвариантность настройки контура скорости при работе с ослаблением магнитного потока, а также при изменении суммарного момента инерции привода, приведенного к валу электродвигателя.
Система косвенного регулирования натяжения, по сути, представляет собой систему стабилизации момента на валу двигателя. При формировании сигнала задания на ток в ней учитывается компенсация момента потерь и динамического момента. Переключение режимов работы (регулирования натяжения или скорости) осуществляется подобно рассмотренной выше системе прямого регулирования за исключением того, что управляемый блок ограничения установлен на регуляторе скорости. Для перехода из режима регулирования натяжения уровень ограничения регулятора скорости увеличивается до максимального значения и контур регулирования тока становится подчиненным контуру регулирования скорости.
В режиме переброса проволоки система автоматического регулирования скорости электропривода пустой катушки должна выполнять функции следящей системы. Сигнал задания на скорость должен формироваться в соответствии с зависимостью
Косвенное регулирование натяжения
Рис. 8. Обощенный вид структурных схем систем прямого и косвенного регулирования натяжения электропривода катушки
Узе = Кобг ' Кщ ' ^ос5 ■ где U0C5 - сигнал обратной связи по скорости электропривода чистового барабана, пропорциональный линейной скорости проволоки; К0бг - коэффициент обгона, обеспечивающий заданное превышение скорости шейки шпули над линейной скоростью проволоки; Кт - масштабный коэффициент в системе управления, рассчитываемый по выражению к _ Косм ' R65 'Ьедм
кос5 ' R6M ■ Jped5
В обеих системах необходимый закон изменения натяжения формируется с помощью блока корректировки задания на натяжение (БКЗН). Рассматриваемый блок представляет собой пропорциональный регулятор с коэффициентом усиления
где Косп - коэффициент, ослабляющий влияние радиуса намота на величину натяжения (в случае реализации теоретически наиболее рационального закона изменения натяжения, при котором в процессе намотки оно снижается в функции радиуса проволочной паковки К"0Сл=1)-
Посредством этого блока организована система с компенсацией возмущения, каковым и является изменение скорости вращения шпули для системы стабилизации момента на её валу.
Показано, что традиционная настройка контура регулирования тока на модульный оптимум в системе косвенного регулирования натяжения не всегда обеспечивает выполнение технологических требований по точности регулирования. Поэтому синтез регулятора тока в такой системе предложено осуществлять также методом логарифмических амплитудно-частотных характеристик.
В шестой главе проведены исследования статических и динамических свойств разработанных систем управления электроприводами на математической модели. Осуществлен расчет переходных процессов основных регулируемых координат электромеханических систем стана. Сделаны выводы, подтверждающие как работоспособность предложенных систем управления электроприводов клетей, блоков и намоточного аппарата, так и правильность выбранных структур разработанных регуляторов.
При моделировании были опробованы оба варианта построения систем управления, предложенные в 5-ой главе, как для электроприводов прокатной секции, так и для электроприводов катушек двухкатушечного намоточного аппарата.
На рис. 9, в качестве примера, приведены результаты моделирования процесса снижения скорости для пропуска сварного шва, причем показаны координаты только основных регулируемых величин: скорости вращения двигателя последнего волочильного блока, величины противонатяжения, натяжения и подпора, критических углов в очагах деформации 1-ой и 3-ей клетей. Скорость снижается с рабочего значения до 2,5 м/с за время (?2 - fi)=1,5 с. В период времени fe... fr сварной шов проходит от 1-ой клети до последней волоки. При этом при расчете в момент прохождения сварного шва через конкретный очаг деформации коэффициент трения в нем был увеличен вдвое. Далее за время (fe- ts) = 2,0 с стан снова разгоняется до рабочей скорости. Максимальное отклонение противонатяжения наблюдается в 1-ом межбарабанном промежутке и не превышает 15 %.
Рис. 9. Результаты расчета на модели процесса снижения скорости для пропуска сварного шва
На рис. 10 показаны результаты расчета на модели режима переброса проволоки с заполненной катушки на пустую, полученные для случая 5 % превышения скорости керна пустой катушки над скоростью смотки проволоки. Обобщение результатов теоретических исследований позволило сделать вывод, что броски натяжения проволоки в динамических режимах работы намоточного аппарата при 1,03 ■ Vп
< ^керн.пуст.кат - ^' ^п лежат в пределах допустимого уровня. Причем
нижняя граница определена условием функционирования системы управления электроприводом, верхняя - стабильностью процесса смотки. При Vкерн.пуст.кат отклонения натяжения превышают максимально допусти-
мые уровни, а потому должны быть исключены.
ЧГ б2
5,6
5,5
4 2 О
V 6,0
5,5 . Тм-1' 0,3 О
М2 1
0,6 0,3
о .
0,4 0,2 ■ 0 ~ -0,2
О
кН
\/М2=1,05Х
62
кН
кН
= 0,5 1,0 ?2=1,5 2,0 Время, с
Рис. 10. Результаты расчета на модели процесса переброса проволоки с заполненной катушки на пустую
В седьмой главе приводятся результаты экспериментальных исследований разработанных автоматизированных электроприводов и систем управления в промышленных условиях. Разработана методика проведения экспериментальных исследований. Рассмотрены вопросы промышленной апробации и внедрения полученных научных результатов диссертационной работы.
Ъ
/
!
/
Создание промышленного образца принципиально нового технологического объекта, каковым является совмещенный прокатно-волочильный стан, не может основываться исключительно на теоретических разработках и результатах математического моделирования. Реализации экспериментального опытно-промышленного образца стана должны предшествовать комплексные экспериментальные исследования на физической модели, либо, что является более предпочтительным, в реальных производственных условиях на агрегатах, подобных разрабатываемому. Для проведения экспериментов было принято решение об использовании плющильного прецизионного стана 3x2/160 и прямоточного волочильного стана ВПТ 5/750 в условиях ОАО "Бело-рецкий металлургический комбинат" и волочильного стана 1ЮД/\ДЗТ 40/21 в условиях ОАО "Магнитогорский калибровочный завод" (в настоящее время ОАО "ММК-МЕТИЗ").
Плющильный прецизионный стан был реконструирован в условиях цеха ремонта механического оборудования ОАО "Бело-рецкий металлургический комбинат" из клетей которого была реализована трехклете-вая прокатная секция с промежуточной неприводной клетью, расположение оборудования которой приведено на рис. 11.
На рис. 12, а приведены характерные осциллограммы работы электроприводов секции. На осциллограммах показаны следующие сигналы: и0С1 , и0Сг , и0Сз -
сигналы обратных связей по скорости вращения двигателей и прокатных валков; иот1 , иотз - сигналы обратных связей по
токам двигателей соответствующих блоков.
Экспериментальные исследования автоматизированных электроприводов волочильной секции были проведены на действующем прямоточном волочильном стане, расположение оборудования которого приведено на рис. 13. Для этого была проведена комплексная реконструкция системы электропривода стана.
На рис. 12, б приведены осциллограммы токов двигателей и противонатяжений в 3-ем, 4-ом и 5-ом межбарабанных промежутках, полученные при регулировании про-тивонатяжения (его снижения на 33 %) в 4-ом межбарабанном промежутке.
Сравнение характеристик переходных процессов тока и скорости с результатами моделирования показало их принципиальное сходство. Расхождения в величинах исследованных параметров при исключении помех не превысило 9...10 %.
Проведенные исследования динамических и статических режимов работы электроприводов прокатной секции и прямоточного волочильного стана подтвердили адекватность разработанной математической модели физическому объекту, а также правомерность теоретических предпосылок, использованных при разработке автоматизированных электроприводов совмещенного прокатно-волочильного стана.
На волочильном стане ШаМЗТ 40/21 была реконструирована хвостовая часть и вместо обычного намоточного аппарата установлен двухкатушечный намоточный аппарат непрерывного действия. В ходе экспериментальных исследований была опробована система косвенного регулирования натяжения.
О
Рис. 11. Расположение оборудования экспериментально-промышленного образца прокатной секции: 1,4- приводные клети; 3 - неприводная клеть; 6, 7- электродвигатели; 2, 5, 8 - тахогенераторы
t2 = 4 Время, с
Рис. 12. Результаты экспериментальных исследований автоматизированных электроприводов прокатной секции (а) и прямоточного волочильного стана (б)
0,6 Время, с
-Н-|—I-
й=с=ь
О
20
11
12
13
И о I о о о т о 0 ; □ ^
и I I ! I I ! 1 1 1 1 1
15
7 16
8 17
18
10 19
Рис. 13. Расположение оборудования прямоточного волочильного стана ВПТ 5/750: 1-5 волочильные блоки с редукторами; 6-10- волокодержатели с волоками; 11-14-датчики противонатяжения; 15-19 - приводные электродвигатели; 20 - разматывающее устройство; 21 - намоточный аппарат
Результаты экспериментальных исследований динамических и статических режимов работы двукатушечного намоточного аппарата также подтвердили адекватность разработанной математической модели физическому объекту и показали, что разработанная система автоматизированного электропривода выполняет все технологические требования и реализует бесперебойный цикл непрерывного съема проволоки. Кроме того, экспериментальные исследования выявили, что с ростом скорости поворота стола увеличиваются колебания натяжения и при скорости в 0,9...1,1 с1, как правило, происходит ее обрыв.
Экспериментальные исследования автоматизированных электроприводов подтвердили работоспособность предложенных систем управления, достоверность основных теоретических выводов, правильность выбора принципов построения систем управления и настройки регуляторов, а также показали, что разработанные системы автоматизированного электропривода обеспечивают выполнение все технологических требований и за счет этого реализацию непрерывного процесса изготовления проволоки.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ ПО ДИССЕРТАЦИИ
1. Обоснованы технологические требования к автоматизированным электроприводам принципиально нового совмещенного прокатно-волочильного проволочного стана. Принципиально новыми требованиями, отличающими разработанный электропривод от известных систем, являются:
- для электропривода прокатной секции - необходимость контроля величины критических (нейтральных) углов в очагах деформации приводных клетей;
- для электропривода волочильной секции - обеспечение регулирования величины противонатяжения и поддержания его на технически обоснованном уровне.
Выполнение указанных требований обеспечивает существенное повышение энергоэффективности процесса производства металлической проволоки при одновременном увеличении его производительности.
2. Определены критерии оптимального упраЕ!ления прямоточной волочильной секцией с позиции ее энергетической эффективности. Разработана методика определения границ устойчивости раската в межклетевых промежутках при его прокатке в секции с неприводной клетью. Показано, что для всего диапазона сортамента металла, обрабатываемого на совмещенном прокатно-волочильном стане, мощностей
сил натяжения и подпора достаточно для осуществления процесса прокатки в неприводной клети.
3. Предложен и обоснован энергетический подход к анализу взаимодействия проволоки и шпули намоточного аппарата, на основании чего определен рациональный закон изменения натяжения, при котором натяжение в процессе намотки снижается в функции радиуса проволочной паковки. Разработана инженерная методика определения величины начального натяжения проволоки (при ее намотке на пустой барабан шпули).
4. Разработана методика расчета нагрузочных режимов электроприводов катушек и поворотного стола двухкатушечного намоточного аппарата, имеющего конструктивные отличия от всех известных и подобных ему агрегатов.
5. Разработаны и реализованы в виде программных модулей для пакета визуального программирования БИМиШК математического пакета МАЛАВ 6.0 математические модели электромеханических систем совмещенного прокатно-волочильного стана как объекта управления, учитывающие взаимосвязи отдельных технологических узлов через обрабатываемый металл.
6. Предложена концепция, разработан и научно обоснован новый способ построения автоматизированных электроприводов принципиально нового технологического агрегата совмещенного прокатно-волочильного стана. Реализацию противоречивых требований предложено выполнить распределением задач между электроприводами - разделение их на один ведущий и остальные ведомые. Доказано, что в качестве ведущего электропривода, обеспечивающего требование по точности регулирования скорости, наиболее целесообразно использовать электропривод последнего волочильного блока. Электроприводы остальных ведомых клетей, блоков и шпуль намоточного аппарата должны при этом осуществлять регулирование натяжения и противонатяжения во всех межкпетевых, межбарабанных промежутках и на участке смотки. Обоснован выбор типа электропривода.
7. Разработаны и научно обоснованы принципы построения, системы и алгоритмы управления электроприводами прокатных клетей, волочильных блоков и двухкатушечного намоточного аппарата совмещенного прокатно-волочильного стана. Доказана принципиальная невозможность косвенной оценки величины противо-натяжений отдельно в каждом межбарабанном промежутке волочильной секции, в связи с чем предложены системы регулирования противонатяжения прямого действия. Средствами электропривода 1-ой клети предложено обеспечить контроль критических углов в очагах деформации приводных клетей прокатной секции.
8. Разработаны и научно обоснованы принципы построения, системы и алгоритмы управления электроприводами катушек двухкатушечного намоточного аппарата. К реализации предложена комбинированная система управления, включающая системы регулирования скорости и натяжения, автоматически переключающиеся в зависимости от режима работы намоточного аппарата.
9. Созданы и введены в опытно-промышленную эксплуатацию образцы прокатной секции и двухкатушечного намоточного аппарата, а также проведена реконструкция электропривода действующего прямоточного волочильного стана. Выполненные на этих агрегатах исследования дали экспериментальное подтверждение достоверности полученных теоретических результатов, работоспособности предложенных систем управления и адекватности разработанных математических моделей.
10. Экспериментально подтверждена энергетическая эффективность предложенного способа производства проволоки на совмещенном прокатно-волочильном стане. При волочении достигнуто снижение затрат электроэнергии на 9 % и повышена производительность стана за счет снижения обрывности проволоки на 12%. При прокатке доказана возможность снижения затрат электроэнергии до 24 %. Внедрение двухкатушечного намоточного аппарата позволило повысить производительность процесса изготовления проволоки на 14%.
11. Результаты работы получили промышленное внедрение на агрегатах ОАО "Белорецкий металлургический комбинат" и ОАО "Магнитогорский калибровочный завод", используются ОАО "Магнитогорский ГИПРОМЕЗ" при проектировании новых технологических линий для производства стальной проволоки, а также в учебном процессе в ГОУ ВПО "Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова".
Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:
Монографии и учебные пособия
1. Радионов A.A. Автоматизированный электропривод станов для производства стальной проволоки: Монография. - Магнитогорск: ГОУ ВПО "МГТУ", 2007. - 311 с.
2. Ресурсосбережение в метизном производстве: Коллективная монография / В.И. Зюзин, В.А. Харитонов, A.A. Радионов и др. - Магнитогорск: МГТУ, 2001. -160 с.
3. Радионов A.A., Карандаев A.C. Электропривод моталок и разматывателей агрегатов прокатного производства: Учеб. пособие. - Магнитогорск: МГТУ, 2003. - 134 с.
Статьи и доклады
4. Радионов A.A. Анализ способов построения электроприводов прямоточных волочильных станов // Изв. вузов. Электромеханика. N2 4,2006. С. 55-59.
5. Радионов A.A., Малахов О.С. Способ управления взаимосвязанными электроприводами прокатного блока с промежуточной неприводной клетью И Изв. вузов. Электромеханика. № 5, 2006. С.72-73.
6. Радионов A.A. Особенности автоматизированного электропривода совмещенного прокатно-волочильного стана // Изв. вузов. Электромеханика. № 2,2008. С. 48-51.
7. Радионов A.A. О повышении энергоэффективности процесса волочения проволоки средствами автоматизированного электропривода // Изв. вузов. Электромеханика. №1,2009. С. 28-31.
8. Радионов A.A., Карандаев A.C. Об оптимальном законе изменения натяжения в процессе смотки металлической проволоки // Изв. вузов. Машиностроение. №10, 2008. С. 43-58.
9. Радионов A.A. Задачи и основные технические решения по разработке электромеханических систем совмещенного прокатно-волочильного стана И Тяжелое машиностроение. № 2, 2009. С. 29-35.
10. Радионов A.A. Система управления электроприводом двухкатушечного намоточного аппарата // Изв. вузов. Электромеханика. N91,2009. С. 32-37.
11. Радионов A.A., Радионова Л.В. Энергетический подход к исследованию влияния противонатяжения на процесс волочения // Изв. вузов. Черная металлургия. № 5, 2008. С. 19-22.
12. Басков С.Н., Радионов A.A., Усатый Д.Ю. Пуск асинхронного двигателя в электроприводах с повышенным пусковым моментом // Изв. вузов. Электромеханика. № 2, 2004. С. 47-49.
13. Селиванов И.А., Радионов A.A. Автоматизированный электропривод высокопроизводительного прямоточного волочильного стана // Тр. IV Ме>едунар. (XV Всероссийской) конференции по автоматизированному электроприводу. - Магнитогорск, 2004. С. 157-160.
14. Радионов A.A. Автоматизированный электропривод совмещенного прокатно-волочильного стана: разработка и опыт промышленной апробации // Тр. V Междунар. (XVI Всероссийской) конференции по автоматизированному электроприводу. - Санкт-Петербург, 2007. С. 329-331.
15. Определение энергосиловых параметров процессов обработки металлов давлением косвенным методом / A.A. Радионов, Д.Ю. Усатый, А.С, Карандаев, A.C. Сарва-ров // М.: 2000. Деп. в ВИНИТИ 20.04.00, № 1085-В00. -10 с.
16. Устройство для плавного пуска асинхронных электродвигателей волочильных станов / A.A. Радионов, Д.Ю. Усатый, A.A. Николаев, О.Е Цыплаков, С.Н. Басков // Электротехнические системы и комплексы: Межвуз. сб. науч. тр. - Магнитогорск: МГТУ, 2004. Вып. 8. С. 127-132.
17. Линьков С.А., Радионов A.A., Усатый Д.Ю. Система управления электроприводом многократного прямоточного волочильного стана // Студенческая молодежь - науке будущего: Сб. тез. докл. Студенческой научной конференции - Магнитогорск: МГТУ, 2004. С. 18.
18. Радионов A.A., Усатый Д.Ю. Линьков С.А. Основные направления реконструкции волочильных станов ОАО "Белорецкий металлургический комбинат* // Электротехнические системы и комплексы: Межвуз. сб. науч. тр. - Магнитогорск: МГТУ, 2004. Вып. 9. С. 69-73.
19. О возможности снижения мощности, расходуемой на процесс прокатки проволоки на совмещенном прокатно-волочильном стане / A.A. Радионов, Л.В. Радионова, В.А. Харитонов, О.С. Малахов // Электротехнические системы и комплексы: Межвуз. сб. науч. тр. - Магнитогорск: МГТУ, 2005. Вып. 10. С. 63-70.
20. Линьков С.А., Радионов A.A. Математическая модель многократного прямоточного волочильного стана как объекта регулирования // Электротехнические системы и комплексы: Межвуз. сб. науч. тр. - Магнитогорск: МГТУ, 2005. Вып. 11. С. 50-56.
21. Туганбаев А.И., Радионов A.A. Автоматизация технологических процессов изготовления проволоки на прямоточных волочильных станах II Электротехнические системы и комплексы: Межвуз. сб. науч. тр. - Магнитогорск: МГТУ, 2005. Вып. 10. С. 101-105.
22. Радионова Л.В., Сафонов Е.В., Радионов A.A. Автоматизированный расчет ресурсосберегающих маршрутов волочения углеродистой проволоки // Тр. междунар. конференции "Металлургия XXI века". - М.: ВНИИМЕТМАШ, 2005. - С. 243.
23. Линьков С.А., Радионов A.A. Исследование систем управления электроприводов петлевых волочильных станов // Материалы 64-й науч.-техн. конф. По итогам работ за 2004-2005 годы. Сб. докл. - Магнитогорск: МГТУ., 2006. - Т.2. - С. 104-108.
24. Радионов A.A. Расчет моментов на валу двигателей разматывателя и моталки совмещенного прокатно-волочильного стана стана // Оптимизация режимов работы электротехнических систем: Межвуз. сб. науч. тр. - Красноярск: ИПЦ КГТУ, 2006. С. 97-101.
25. Линьков С.А., Радионов A.A. Совершенствование системы управления электроприводом прямоточного волочильного стана // Оптимизация режимов работы электротехнических систем: Межвуз. сб. науч. тр. - Красноярск: ИПЦ КГТУ, 2006. С. 101-106.
26. Радионов A.A., Линьков С.А. Математическая модель энергосиловых параметров при волочении проволоки в монолитной волоке // Электротехнические системы и комплексы: Межвуз. сб. науч. тр. - Магнитогорск: МГТУ, 2006. Вып. 12. С.149-157.
27. Радионов A.A., Линьков С.А. Критерии оптимального управления прямоточными волочильными станами // Электротехнические системы и комплексы: Межвуз. сб. науч. тр. - Магнитогорск: МГТУ, 2006. Вып. 13. С.75-81.
28. Радионов A.A., Малахов О.С. Математическая модель очага деформации сортопрокатного стана как объекта управления // Электротехнические системы и комплексы: Межвуз. сб. науч. тр. - Магнитогорск: МГТУ, 2006. Вып. 13. С. 107-114.
29. Радионов A.A., Малахов О.С. Расчет моментов на валу двигателей прокатного блока совмещенного прокатно-волочильного стана // Электротехнические системы и комплексы: Межвуз. сб. науч. тр. - Магнитогорск: МГТУ, 2006. Вып. 12. С. 67-71.
30. Туганбаев А.И., Радионов A.A. Разработка системы электропривода двухкатушеч-ного намоточного аппарата волочильного стана П Электротехнические системы и комплексы: Межвуз. сб. науч. тр. - Магнитогорск: МГТУ, 2006. Вып. 13. С. 179-183.
31. Радионов A.A., Радионова Л.В. Влияние противонатяжения на очаг деформации при волочении проволоки // Тр. 2-й междунар. конференции "Металлургия XXI века",-М.: ВНИИМЕТМАШ, 2006. - С. 382-385.
32. Туганбаев А.И., Радионов A.A. Инженерная методика определения межосевого расстояния между приводными валами двухкатушечного намоточного аппарата // Сб. трудов межрегион, науч. конф. "Наука и производство Урала". - Новотроицк: НФ МИ-СиС, 2006.-С. 138-142.
33. Радионов A.A., Малахов О.С. Экспериментальные исследования автоматизированного электропривода прокатного проволочного блока // Сб. трудов межрегион, науч.
конф. "Наука и производство Урала". - Новотроицк: НФ МИСиС, 2006. - С. 143-147.
34. Радионов A.A. Математическое описание технологической нагрузки электроприводов двухкатушечного намоточного аппарата-Деп. в ВИНИТИ 08.11.2006 г. № 1317-В2006. - 9 с.
35. Радионов A.A. Автоматизированный электропривод совмещенного прокатно-волочильного стана: основные задачи и направления разработки // Вестник МГТУ. Вып.З, 2006. С. 55-58.
36. Радионов A.A. Разработка требований к автоматизированным электроприводам совмещенного прокатно-волочильного стана // Электротехнические системы и комплексы: Межвуз. сб. науч. тр. - Магнитогорск: МГТУ, 2007. Вып. 14. - С. 42-146.
37. Радионов A.A. Электромеханические системы совмещенного прокатно-волочильного стана II Электротехнические системы и комплексы: Межвуз. сб. науч. тр. - Магнитогорск: МГТУ, 2008. Вып. 15. - С. 4-15.
Патенты и свидетельства об официальной регистрации программ
38. Пат. 2319559 Российская Федерация, МПК7 В 21 С 1/00. Способ изготовления проволоки / Никифоров Б.А., Дубровский Б.А., Радионова Л.В., Радионов A.A., Харитонов В.А.; заявка № 2006123837/02; заявитель и патентообладатель ГОУ ВПО "Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова"; заявл. 03.07.06; опубл. 20.03.08, Бюл. № 8. - С. 523.
39. Пат. 58396 Российская Федерация, МПК7 В 21 В 37/00. Устройство для автоматического управления скоростью вращения валков клетей непрерывного прокатного стана / Радионов A.A., Малахов О.С., Радионова Л.В.; заявитель и патентообладатель ГОУ ВПО "Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова". - № 2006125346/22; заявл. 13.07.06; опубл. 27.11.06, Бюл. № 33.
40. Пат. 62045 Российская Федерация, МПК7 В 21 С 1/12. Многодвигательный электропривод прямоточного волочильного стана / Радионов A.A., Линьков С.А.; заявитель и патентообладатель ГОУ ВПО "Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова". - № 2006140123/22; заявл. 13.01.06; опубл. 27.03.07, Бюл. № 9.
41. Пат. 67483 Российская Федерация, МПК7 В 21 В 37/00. Устройство для автоматического управления скоростью вращения валков клетей непрерывного прокатного стана / Радионов A.A.; Малахов О.С., Радионова Л.В.; заявитель и патентообладатель ГОУ ВПО "Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова". - № 2007122110/22; заявл. 13.06.07; опубл. 27.10.07, Бюл. № 30.
42. Св-во об официальной регистрации программы для ЭВМ № 2006614112. Программа для моделирования статических и динамических режимов работы трехкратного прямоточного волочильного стана / Радионов A.A., Линьков С.А.; заявитель и патентообладатель ГОУ ВПО "Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова". - № 2006613330; заявл. 03.10.06; зарегистр. 01.12.06.
43. Св-во об официальной регистрации программы для ЭВМ № 2006614113. Программа для моделирования статических и динамических режимов работы трехкпете-вого прокатного стана с неприводной клетью / Радионов A.A., Малахов. О.С.; заявитель и патентообладатель ГОУ ВПО "Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова". - № 2006613329; заявл. 03.10.06; зарегистр. 01.12.06.
44. Св-во об официальной регистрации программы для ЭВМ № 2007613593. Моделирования статических и динамических режимов работы совмещенного прокатно-волочильного стана с неприводной клетью I Радионов A.A.; заявитель и патентообладатель ГОУ ВПО "Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова". - № 2007612604; заявл. 25.07.07; зарегистр. 23.08.07.
Подписано в печать 29.01.2009. Формат 60x84 1/16. Бумага тип. №1.
Плоская печать. Усл. печ. л. 2,00. Тираж 100 экз. Заказ 86.
455000, г. Магнитогорск, пр. Ленина, 38 Полиграфический участок МГТУ
Оглавление автор диссертации — доктора технических наук Радионов, Андрей Александрович
Введение.
ГЛАВА 1. АНАЛИЗ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА И ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ СИСТЕМ СОВМЕЩЕННОГО ПРОКАТНО-ВОЛОЧИЛЬНОГО ПРОВОЛОЧНОГО СТАНА.
1.1. Способы производства проволоки и их особенности.
1.1.1. Волочение в монолитных волоках.
1.1.2. Прокатка в клетях с двух-, трех- и четырехвалко-выми калибрами.
1.2. Технологические линии агрегатов для производства стальной проволоки.
1.2.1. Конструкции существующих волочильных станов.
1.2.2. Конструкции прокатных проволочных станов.
1.2.3. Технологическая линия разрабатываемого совмещенного прокатно-волочильного стана.
1.3. Новые технологические решения в совмещенном прокатно-волочильном проволочном стане.
1.3.1. Влияние заднего и переднего натяжений на процессы в очаге деформации при прокатке.
1 3.2. Использование резерва сил трения при прокатке.
1.3.3. Использование противонатяжения для повышения эффективности процесса волочения.
1.4. Электроприводы прямоточных волочильных станов.
1.4.1. Электроприводы с последовательным соединением якорей.
1.4.2. Электроприводы с параллельным соединением якорей.
1.4.3. Электроприводы с индивидуальным питанием якоря.
1.5. Элеюроприводы непрерывных прокатных проволочных станов.
1.5.1. Разработки ВНИИМЕТМАШ.
1.5.2. Разработки Магнитогорского государственного технического университета.
1.5.3. Системы стабилизации размеров проката.
1.6. Методы непрерывного съема-проволоки на проволочных станах. Принцип действия и кинематическая схема разработанного двухкатушечного намоточного аппарата.
1.7. Общие технологические требования к электроприводам, совмещенного прокатно-волочильного проволочного стана.
1.8. Выбор типа электропривода.
1.9. Выводы и постановка задачиисследований.
ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА ОБЩИХ ПРИНЦИПОВ УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИМИ'СИСТЕМАМИ ПРОКАТНО-ВОЛОЧИЛЬНОГО ПРОВОЛОЧНОГО СТАНА.
2.1. Способ^управления прямоточной волочильной секцией с контролем противонатяжения.
2.1.1. Определение критериев оптимального управления.
2.1.2. Описание способа управления волочильной секцией с контролем противонатяжения.
2.1.3. Оценка возможности косвенного измерения величины противонатяжения.
2.2. Способ управления прокатной секцией с неприводной клетью.
2.2.1. Анализ способов построения систем управления электроприводов прокатной секции.
2.2.2. Описание способа управления прокатной секцией с промежуточной неприводной клетью. 94>
2:2.3. Определение границ устойчивости раската в межклетевых промежутках при его прокатке в секции с неприводной клетью.
2.3. Анализ процесса намотки проволоки.
2.3.1. Энергетический подход к процессу намотки проволоки.
2.3.2. Влияние параметров намотки на деформацию шпуль.
2.4. Разработка инженерных методик расчетарежимов электроприводов намоточного аппарата.
2.4.1. Методика расчета^нагрузочных режимов электроприводов катушек и поворотного стола.
2.4.2. Аналитические зависимости для определения величины начального натяжения.
2.5. Разработка способов управления^электроприводами намоточного аппарата.
2.5.1. Обоснование рационального законаизменения натяжения в процессе намотки.
2.5.2'. Общие принципы построения автоматизированных электроприводов двухкатушечного намоточного аппарата.
2.6. Выводы.
ГЛАВА 3. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ СОВМЕЩЕННОГО ПРОКАТНО-ВОЛОЧИЛЬНОГО ПРОВОЛОЧНОГО СТАНА КАК ОБЪЕКТА АВТОМАТИЗАЦИИ.
3.1. Разработка математической модели прокатной секции.
3.1.1. Математическое описание очага деформации приводных клетей.
3.1.2. Математическое описание очага деформации не-приводной-клети.
3.1.3. Математическое описание межклетевого промежутка перед приводной клетью.
3.1.4. Математическое описание межклетевого-промежутка перед неприводной клетью.
3.1.5. Расчет статического момента на валу двигателя.
Математическое описание редуктора.
3.2. Разработка математической модели волочильной секции.
3.2.1. Математическое описание очага деформации.
3.2.2. Математическое описание межбарабанного промежутка, редуктора.
3.3. Математическое описание двухкатушечного намоточного аппарата.
3.3.1. Математическое описание участка смотки.
3.3.2. Математическое описание технологической нагрузки.
3.4. Структурная схема обобщенной математической модели совмещенного прокатно-волочильного стана.
3.5. Выводы.
ГЛАВА 4. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ДИНАМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ СИСТЕМ СОВМЕЩЕННОГО ПРОКАТНО-ВОЛОЧИЛЬНОГО ПРОВОЛОЧНОГО СТАНА.
4.1. Исследование динамических свойств электромеханической системы приводная - неприводная - приводная клети.
4.2. Исследование динамических свойств известных систем электроприводов прямоточных волочильных станов.
4.3. Исследование динамических свойств процесса формирования натяжения при намотке проволоки.
4.4. Выводы.
ГЛАВА 5. РАЗРАБОТКА СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДАМИ СОВМЕЩЕННОГО ПРОКАТНО-ВОЛОЧИЛЬНОГО ПРОВОЛОЧНОГО СТАНА.
5.1. Общий принцип построения системы автоматизированного электропривода совмещенного прокатно-волочильного стана. 210,
5.1.1. Концепция построения системы.
5.1.2. Функциональная схема электропривода, реализованного по системе ПЧ-АД.
5.2. Электропривод с контролем резерва сил трения в очагах деформации.
5.3. Синтез системы управления электроприводов прокатных клетей.
5.3.1. Структурные схемы систем регулирования.
5.3.2. Определение параметров регуляторов натяжения и критического угла в очаге деформации.
5.4. Синтез системы управления электроприводов волочильных блоков.
5.4.1. Структурная схема системы управления.
5.4.2. Определение параметров регулятора противона-тяжения.
5.5. Разработка автоматизированных электроприводов двух-катушечного намоточного аппарата.
5.5.1. Структурные схемы систем регулированиям.
5.5.2. Определение параметров регуляторов.
5.6. Выводы.
ГЛАВА 6. ИССЛЕДОВАНИЯ РАЗРАБОТАННЫХ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОПРИВОДА НА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ^.
6.1. Статические нединамические свойства ведомых электроприводов прокатной и волочильной секции с системой регулирования натяжения и противонатяжения.
6.2. Статические и динамические свойства ведущего электропривода волочильной секции с системой регулирования скорости.
6.3. Переходные процессы в разработанных системах автоматизированного электропривода.
6.4. Исследование динамических режимов при.перебросе проволоки в двухкатушечном намоточном аппарате.
6.5. Выводы.
ГЛАВА 7. ПРОМЫШЛЕННЫЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ РАЗРАБОТАННЫХ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ. ВНЕДРЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ.
7.1. Методика проведения экспериментальных исследований.
7.2. Экспериментальные исследования режимов электроприводов прокатной секции.
7.2.1. Описание экспериментально-промышленной установки.
7.2.2. Результаты экспериментальных исследований.
Проверка адекватности разработанных математических моделей и основных теоретических положений.
7.3. Внедрение автоматизированного электропривода волочильной секции на прямоточном волочильном стане ВПТ 5/750 Белорецкого металлургического комбината.
7.3.1. Описание экспериментального прямоточного волочильного стана.
7.3.2. Результаты экспериментальных исследований.
Проверка адекватности разработанных математических моделей и основных теоретических положений. 285 7.4. Внедрение опытно-промышленного образца двухкату-шечного намоточного аппарата на стане UDZWGT40/
Магнитогорского калибровочного завода.
7.5. Выводы.
Введение 2009 год, диссертация по электротехнике, Радионов, Андрей Александрович
Доля производства длинномерных изделий, таких как проволока и т.п. в общем объеме выпуска стального проката составляет до 10. 12 % (или в целом по России до 10 млн. тонн/год). Основным способом их производства является волочение через монолитные волоки [1-4], реже через роликовые волоки, а также прокатка в двух- или многовалковых калибрах [5-8].
В настоящее время оборудование волочильного передела на большинстве метизных предприятий России выработало свой ресурс, находится в изношенном состоянии и требует комплексной реконструкции. Большинство таких станов оснащено групповыми электроприводами постоянного тока с последовательным либо параллельным соединением якорей с устаревшими системами регулирования (в большинстве случаев по цепи возбуждения двигателей).
Основными причинами неудовлетворительного состояния метизной отрасли являются отсутствие отечественных разработок и слабый уровень работающих в этом направлении научных школ. Так, Алма-Атинская научная школа, традиционно занимавшаяся разработкой волочильных станов и их электроприводов и являвшаяся одним из лидеров в данном направлении, в настоящее время является зарубежной. Головные метизные предприятия (Белорецкий металлургический комбинат, Магнитогорский метизно-металлургический завод (в настоящее время ОАО "ММК-МЕТИЗ") оснащены устаревшим оборудованием. Ведущая научно-исследовательская организация ВНИИМЕТИЗ (г. Магнитогорск) практически прекратила свою научную деятельность.
В связи со сложившейся ситуацией возникла острая необходимость в современных научно-технических разработках, направленных на создание новых и модернизацию существующих агрегатов для производства проволоки. Это может быть обеспечено только при эффективной работе научных школ, одна из которых создается в настоящее время на базе Магнитогорского государственного технического университета совместно с ОАО "Белорецкий металлургический комбинат" и ОАО "ММК-МЕТИЗ".
Большинство эксплуатируемых волочильных станов - это станы с накоплением проволоки (магазинного типа). Подобные станы имеют не только повышенные энергозатраты, но и- неспособны осуществлять высокоскоростные процессы волочения. Исследования технико-экономических^показателей различных станов метизных заводов показали, что коэффициент технического использования волочильных станов составляет менее 0,5 [9, 10]. Основными факторами, снижающими-производительность станов являются обрывность проволоки, большие затраты времени на проведение вспомогательных.операций (заправку стана, остановку для замены катушек намоточных аппаратов).
Повысить эффективность процесса волочения возможно применением станов прямоточного типа [4, 5, 11; 12]. Однако у эксплуатируемых в настоящее время^прямоточных волочильных станов также наблюдается высокая обрывность проволоки, из-за чего в некоторых случаях теряется до 44 % рабочего времени [13, 14]. Основная причина высокой обрывности - нестабильность противонатяжения (натяжения между воло-кой и ^предыдущим барабаном). Этот параметр зависит от большого числа технологических факторов, что затрудняет задачутехнологов и волочильщиков' в выборе и регулировке режимов работы электроприводов. Следует заметить, что несмотря на ряд преимуществ по сравнению с петлевыми волочильными станами, прямоточные станы; не получили^ широкого применения на отечественных металлургических-предприятиях. В основном это связано со сложностью настройки; отсутствием ^замкнутых систем автоматического регулирования электроприводов волочильных барабанов и систем управления агрегатом в целом.'
Несмотря на то, что замена волочения проволокшее прокаткой^позволяет повысить скорость обработки, снять ограничения единичных обжатий прочностью переднего конца, прокатка проволоки-до сих пор. не получила массового распространения. Причиной этого в первую очередь являются сложность технологического оборудования применяемых прокатных.станов, высокие капитальные и эксплуатационные затраты. Значительно упростить состав применяемого оборудования и снизить затраты возможно применением в составе непрерывного прокатного стана неприводных, клетей. Энергия, необходимая для деформации'металла в такой клети, подводится только путемтодпора обрабатываемого.металла со стороны предыдущей клети и натяжения со стороны последующей. Подобное решение обеспечивает использование резерва сил трения-в очагах деформации приводных клетей; позволяет уменьшить капитальные^затраты настроительство стана и .повысить к.п.д. процесса, прокатки* на.10.15 % [15, 16].
Следует отметить, что в настоящее время прокатка с использованием резервных сил трения вызывает все больший интерес и получает все более широкое применение: Известны результаты исследований ученых института черной металлургии НАН Украины [17-21], Сибирского государственного индустриального: и Магнитогорского государственного технического университетов. В последнем;5 при? непосредственном участии автора, ведется работа над созданием нового технологического агрегата для производства: металлической проволоки - совмещенного про-катно^волочильного проволочного стана:
Этот принципиально новый стан имеет в своей технологической линии две последовательно расположенные- секции:- прокатную и волочильную [22]; металл в- которых обрабатывается непрерывно. Его главной' отличительной^ особенностью является применение трехклетевой; прокатной секции, вторая клеть которой выполнена неприводной. Волочильная: секция совмещенного стана представляет собой прямоточный волочильный стан, состоящий из двух блоков и- обеспечивающий получение продукции с заданным качеством - поверхности по всей длине и геометрии по сечению. При необходимости: высоких обжатий возможна-установка двух т более: прокатных секций без ухудшения качества поверхности проволоки, обеспечиваемого за счет волочильной секции
С целью повышения производительности стана в его линии устанавливается двухкатушечный намоточный, аппарат, обеспечивающий/ непрерывный съем? готовой проволоки и создающий предпосылки для повышения коэффициента использования механического оборудования (вплоть до единицы).
По оценке специалистов-прокатчиков применение совмещенной: технологии прокатки и волочения обеспечивает следующие основные преимущества:
1. Повышение производительности за счет:
- увеличения скорости прокатки-волочения до 30.45 м/с при скоростях на обычных прямоточных станах 10.13 м/с;
- повышения коэффициента технического использования (к.п.д. процесса производства) с 0,5 до 0,9.0,95 за счет снижения обрывности-проволоки и сокращения времени* вспомогательных операций (заправки стана; за-г мены катушек намоточных аппаратов и др.).
2: Снижение энергозатрат на производство проволоки на 30.40% главным образом за счет использования резерватсил трения при прокатке и уменьшениягпотерь на трение при волочении:
3. Снижение; капитальных; затрат наг строительство стана на 10. 15%. '
4: Повышение; качества, выпускаемой продукции за счет сочетания преимуществ прокатки (равномерные обжатиями др«) и волочения (высокое качество поверхности по длине и геометрии по сечению).
5. Снижение эксплуатационных затрат за счет исключения промежуточной транспортировки бунтов от прокатного к волочильному стану.
6: Расширение; сортамента иг повышение; гибкости производства за счет применения; прокатной секции, обеспечивающей; возможность быстрой-перенастройкижа требуемую;величину/обжатий*и«соответственно> толщину подката. .
7. Возможность производства проволоки из труднодеформируемых марок стали за счет/ установки в технологической линии двух и более прокатных секций.
Кроме того, обеспечивается социальный эффект за.счет улучшения условий труда, повышения; безопасности обслуживающёго персонала, обеспечиваемых путем внедрения современных-средств автоматизации:
При< разработке: нового технологического- агрегата наиболее остро стоит проблема создания систем автоматизированных?электроприводов, обеспечивающих' как; выполнения новых технологических требований, так и безаварийную работу стана в целом. Поскольку совмещенный стан состоит из двух непрерывных секций - прокатной и волочильной, а также участка смотки, то проведенные под руководством и=непосредственном участии автора исследования1 [23-26] базировались на работах известных отечественных и зарубежных научных школ и специалистов, как в области автоматизированного электропривода [27, 9]; так; и в области обработки металлов давлением [5, 8, 28-30].
Вопросу создания систем!автоматизированного;электропривода:непрерывных проволочных прокатных станов посвящены. работы многих авторов:[27, 31-37]; Однако в подавляющем большинстве из них-предлагается традиционный? способ^ управления-непрерывными станами* суть которого, состоит в* задании таких линейных скоростей металла по клетям^ при которых обеспечивается- требуемый5 режима межклетевых; натя-. жен и й [31-34]. Опыт эксплуатацииподобных систем на проволочных станах показал их низкую надежность.работы. Более эффективными оказались автоматизированные; электроприводы; с системами^ прямого, либо косвенного регулирования межкпетевых натяжений, а- также системы стабилизации размеров проката [27, 38-40].
Анализ известных- систем электропривода показал невозможность их непосредственного, применения в прокатной секции создаваемого стана. Это связано с наличием промежуточной неприводной прокатной* кпети; создающей принципиально новые взаимосвязи>электромеханйче-ских систем предшествующей и последующей клетей.
В подавляющем большинстве, работ, посвященных автоматизированному электроприводу прямоточных волочильных станов [9, 14, 41-47] разрабатывается, либо совершенствуется групповой электропривод, построенный. на* базе двигателей постоянного тока с последовательным либо параллельнымхоединением якорей. Основополагающие труды даг тированы 60-ми.80-ми годами, прошлого века. Опыт создания прямоточных волочильных станов на территории бывшего Советского Союза принадлежит Алма-Атинскому заводу тяжелого машиностроения (сегодня г. Апматы Республики Казахстан); Как показано в работах [10, 24, 26] эксплуатируемые сегодня системы электропривода' прямоточных волочильных станов не удовлетворяют постоянно возрастающим технологическим требованиям, а потому не могут быть приняты в качестве электропривода волочильной секции совмещенного стана. Это связано; с низкой с точностью, регулирования натяжения^ полным отсутствием ; контроля и автоматического регулирования противонатяжения и вытекающими отсюдашысокой обрывностью и низкой скоростью;Волочения.
В настоящее время существуют различные способы, съема проволоки с волочильных и прокатных станов: сматывание проволоки в бухты при помощи грейфера; с помощью намоточных аппаратов с неподвиж-т ным барабаном, наиболее распространенный - нажатушкжсравнитель-но:большой емкости с индивидуальным электроприводом и др. [3, 48-55].
Все перечисленные способы, наряду со специфическими имеют и общий для всех недостаток, влияющий на производительность волочильного оборудования в целом, - необходимость остановки процесса волочения либо прокатки для замены катушек после их заполнения.
Стремление повышения производительности волочильного оборудования за счет увеличения объема наматываемой проволоки на катушку, соответственно при меньшем числе остановок наматывающего устройства, не дало положительных результатов. Во-первых, из-за низкого уровня механизации и автоматизации замены заполненных катушек и их транспортировки (многие операции при этом выполняются вручную) процесс производства становится значительно более трудоемким. Во-вторых, предприятиям - потребителям металлической проволоки во многих случаях требуется перемотка ее на катушки определенной емкости, чаще в несколько раз меньшей, что ведет к дополнительным затратам материальных ресурсов и времени. Отсюда возникла задача создания принципиально нового двухкатушечного намоточного аппарата для непрерывного съема проволоки с совмещенного прокатно-волочильного стана, обеспечивающего высокий коэффициент использования механического оборудования при любой заданной емкости катушек.
При разработке электропривода двухкатушечного намоточного аппарата были приняты во внимание и использованы результаты работ по созданию намоточных устройств как проволочных станов, так и моталок других агрегатов [31, 33, 56-61]. Однако при этом необходимо также учесть и выполнение принципиально нового технологического требования: осуществления режима переброса проволоки с заполненной катушки на пустую без потери натяжения, петлеобразования, рывков и т.д.
Целью настоящей диссертационной работы является создание автоматизированных электроприводов принципиально нового технологического агрегата - совмещенного прокатно-волочильного проволочного стана, обеспечивающего гибкое, энергоэффективное производство проволоки при одновременном увеличении производительности, снижении капитальных и эксплуатационных затрат и повышении качества продукции.
Для достижения поставленной цели в работе были решены следующие задачи:
1. Проведен анализ* особенностей технологических режимов электромеханических* систем совмещенного прокатно-волочильного стана, а также анализ существующих электроприводов* непрерывных проволочных прокатных; прямоточных.волочильных^станов и намоточных аппаратов непрерывного действия;
2. Определены критерии оптимального (с точки» зрения экономической эффективности технологического процесса) управления прямоточной волочильной секцией, границ устойчивости проката* в межклетевых промежутках: при-его прокатке в секции с неприводной клетью. Предложена* инженерная* методика-определения величины.начального натяжения и.обоснован.оптимальный-закон.его изменениям процессе намоткиг проволоки.4 Разработаны обобщенные и индивидуальные, требования к электроприводам-^системам,управления технологическихузлов стана;
3. Предложена инженерная.методика расчета нагрузочных'режимов электроприводов» катушек и ■ поворотного стола двухкатушечного намоточного аппарата;
4: Разработана математическая? модель совмещенного, прокатно-волочильного, стана (электромеханических систем-приводная— неприводная - приводная клети - волочильные, блоки--двухкатушечный намоточный аппарат с учетом взаимосвязи'электроприводов через обрабатываемый-металл) как объекта автоматизации;
5. Выполнены исследования динамических свойств электромеханических систем совмещенного прокатно-волочильного стана методами математического моделирования;
6. Разработаны способы, и системы управления электроприводами совмещенного стана с учетом их силовой взаимосвязи^ новом технологическом процессе;
7. Проведены теоретические и экспериментальные исследования разработанных автоматизированных электроприводов; а.также промышленная апробация и,внедрение полученных научных-результатов.
Результаты решениятоставленных* задач отражены в семи,главах диссертации.
В первой*главе:на основе литературно-патентных исследований дан анализ технологических процессов-прокатки и волочения проволоки* с точки зрения резервов повышения производительности и- снижения энергозатрат на производство. Представлена технологическая схема совмещенного прокатно-волочильного стана, создаваемого при непосредственном участии автора. В результате теоретического анализа энергетических процессов при формоизменении проката доказана экономическая целесообразность применения, способа прокатки с использованием резерва сил трения и соответственно прокатной секции с промежуточной неприводной клетью. Также установлено, что эффективность процесса-волочения можно существенно повысить оптимизацией величин проти-вонатяжений. Установлено, что перспективным и универсальным устройством для непрерывного съема-проволоки является разработанный при участии»автора двухкатушечный*намоточный аппарате параллельным расположением катушек.
Представлен обзор известных-систем управления электроприводами непрерывных проволочных прокатных и волочильных станов, а также их намоточных аппаратов. В результате показана низкая эффективность их непосредственного применения Вг прокатной* секции. Доказано, что применение существующих систем управления электроприводами волочильной секции не позволяет обеспечить современные требования > по производительности, коэффициенту загрузки стана и качеству- продукции.
Сформулированы общие технологические требования к автоматизированным электроприводам и системам управления. Осуществлен выбор регулируемых параметров, даны конкретные численные значения по точности регулирования. Предложена к реализации система преобразователь частоты - асинхронный короткозамкнутый двигатель с индивидуальным инвертором и общим выпрямителем для всех электродвигателей технологической линии.
Определены задачи исследований.
Во второй главе на основе анализа технологического процесса разработан способ управления электроприводами барабанов прямоточной волочильной секции, обеспечивающий непрерывный контроль и автоматическое регулирование противонатяжения. Предложен способ управления электроприводами прокатной секции с промежуточной неприводной клетью, обеспечивающий осуществление способа прокатки с использованием резерва сил трения. Разработана методика определения границ устойчивости проката в неприводной клети.
Дан анализ процесса намотки проволоки с точки зрения энергетических затрат и влияния натяжения на деформацию шпуль. Обоснован рациональный закон изменения натяжения. Разработана инженерная методика расчета нагрузочных режимов электроприводов катушек и поворотного стола, предложены общие принципы построения систем управления электроприводов двухкатушечного намоточного аппарата.
В третьей главе определены функциональные и структурные взаимосвязи между технологическими переменными (момент двигателя, скорость, межклетевые натяжения, подпор, усилие волочения, противона-тяжение) для отдельных электроприводов совмещенного прокатно-волочильного стана. Разработано математическое описание электромеханических систем прокатной и волочильной секций с учетом упругих свойств проката. Предложена структурная схема взаимосвязи электроприводов прокатной секции с промежуточной неприводной клетью и прямоточной волочильной секцией. Разработаны математическая модель двухкатушечного намоточного аппарата и комплексная модель совмещенного прокатно-волочильного стана.
Четвертая глава посвящена аналитическим исследованиям электромеханических систем агрегата. С использованием метода логарифмических амплитудно-частотных характеристик проведен анализ динамических свойств электромеханической системы "приводная - неприводная - приводная клети", проведено исследование динамических свойств известных систем электроприводов прямоточных волочильных станов, а также динамических свойств процесса формирования натяжения при намотке проволоки. Показано, что процессы формирования натяжений, подпора, критических углов в очагах деформации и противона-тяжений как по отношению к управляющим, так и по отношению к возмущающим воздействиям имеют колебательный характер. Определены диапазоны возможных частот колебаний. Отмечено, что эксцентриситет паковки оказывает существенное влияние на процесс формирования натяжения намотки и при определенных условиях может вызвать колебания по амплитуде, соизмеримые с его установившимся значением. Это накладывает ограничения на скорость намотки, а следовательно, на производительность стана.
В результате аналитических исследований дан вывод о принципиальной возможности < реализации-технологических, требований средствами современного автоматизированного электропривода.
Пятая глава посвящена разработке систем управления автоматизированными электроприводами. Выполнение противоречивых требований по точности регулирования скорости обработки, натяжения во 2-ом межклетевом .промежутке, контролю величин критических углов в очагах деформации прокатной-секции, а также противонатяжений в каждом межбарабанном промежутке волочильной секции и натяжения намотки предложено выполнить распределением задач между электроприводами - путем разделения их на один ведущий и остальные ведомые. Обосновано, что в качестве ведущего электропривода целесообразно использовать электропривод последнего волочильного блока.
Разработаны и проанализированы два варианта построения систем автоматизированного электропривода* прокатной секции с промежуточной неприводной клетью. Предложен дополнительный контур-регулирования критического, угла, обеспечивающий^ его контроль, в 1-ой, клети прокатной секции и выравнивание критических углов в'очагах деформации приводных клетей.
Разработана cncTeMav регулирования натяжения электропривода первой клети, представляющая собой трехконтурную систему подчиненного регулирования с внутренними контурами тока, скорости и внешним контуром натяжения. Разработана система регулирования противонатя-жения электроприводов третьей клети^и первого волочильного блока, представляющая собой трехконтурную систему подчиненного регулирования с внутренними контурами тока, скорости и внешним контуром про-тивонатяжения.
В качестве электропривода катушек предложена комбинированная система; включающая системы регулирования скорости и натяжения, автоматически переключающиеся в зависимости от режима работы двухкатушечного намоточного аппарата.
Методом, логарифмических амплитудно-частотных характеристик выполнен синтез регуляторов систем1 управления разработанных электроприводов.
В шестой главе проведены исследования статических и динамических свойств разработанных систем управления электроприводами на математической модели. Осуществлен расчет переходных процессов основных регулируемых координат электромеханических систем стана. Подтверждены работоспособность предложенных систем управления электроприводов клетей, блоков и намоточного аппарата и обоснованность выбора структур разработанных-регуляторов. В результате обобщения теоретических исследований установлен диапазон возможного изменения скорости керна пустой катушки, при котором отклонения натяжения проволоки не превышает допустимых значений.
Седьмая глава посвящена' исследованию разработанных автоматизированных электроприводов в промышленных условиях. Рассмотрены вопросы промышленной апробации и-внедрения полученных научных результатов диссертационной' работы. Экспериментальные исследования проведены в промышленных условиях, разработанные системы автоматизированного электропривода опробованы и внедрены:
- на действующем волочильном стане ВПТ 5/750 цеха'№16 ОАО "Бело-рецкий металлургический комбинат", в результате чего снижены затраты электроэнергии.'на* волочение на. 9 % и повышена производительность стана за счет снижение обрывности проволоки на 12 %;
- на экспериментально-промышленном образце прокатной секции плющильного, прецизионного стана 3x2/160 ОАО "Белорецкий металлургический комбинат", в результате чего доказана возможность снижения затрат электроэнергии на изготовление проволоки до 24 %;
- на намоточном аппарате действующего волочильного стана UDZWGT 40/21 ОАО "ММК-МЕТИЗ" (ранее ОАО "Магнитогорский калибровочный завод"), в результате чего увеличена производительность процесса волочения на 14 %.
Для исследований в промышленных условиях предложена методика эксперимента, которая позволила определить динамические свойства разработанных электроприводов в режимах разгона, работы на установившейся скорости, аварийного останова стана, изменения натяжения после неприводной клети- прокатной4 секции, противонатяжения и при скачкообразном формировании сигнала на входе регулятора противонатяжения.
Экспериментальные исследования автоматизированных электроприводов подтвердили работоспособность предложенных систем управления, достоверность основных теоретических выводов, правильность выбора принципов построения систем управления и настройки регуляторов.
В результате выполненного комплекса работ доказано, что разработанные системы автоматизированного электропривода обеспечивают выполнение всех технологических требований и реализацию непрерывного процесса изготовления проволоки.
В заключении приведены основные результаты проведенных исследований. В приложении представлены акты внедрения результатов диссертационной работы и приведена принятая система условных обозначений.
Основные положения, выносимые на защиту:
1. Требования к автоматизированным электроприводам принципиально нового технологического объекта - совмещенного прокатно-волочильного проволочного стана. Критерии оптимального управления прямоточной волочильной секцией с позиций повышения энергоэффективности процесса. Рациональный закон изменения натяжения в проволоке, при котором натяжение в процессе намотки изменяется по гиперболическому закону обратно пропорционально радиусу проволочной паковки. Инженерная методика определения величины начального натяжения проволоки при ее намотке на шпулю.
2. Математические модели электромеханических систем совмещенного прокатно-волочильного стана как объекта управления, учитывающие как взаимосвязи электроприводов через проволоку, так и принципиально новые особенности режимов прокатки с промежуточной неприводной клетью, вновь выявленные особенности влияния противонатяжения на поведение металла в очаге деформации при волочении, а также особенности процесса намотки проволоки на принципиально новом двухка-тушечном намоточном аппарате непрерывного действия.
3. Методика расчета нагрузочных режимов электроприводов катушек и поворотного стола двухкатушечного намоточного аппарата, конструктивно отличающегося от известных и подобных ему устройств.
4. Концепция построения автоматизированного электропривода принципиально нового технологического агрегата - совмещенного прокатно-волочильного стана, реализующая выполнение противоречивых требований по точности регулирования скорости обработки, натяжения, противонатяжения и контроле величин критических углов в очагах деформации прокатных клетей путем разделения их на один ведущий (электропривод последнего волочильного блока) и остальные ведомые. 5. Системы и? алгоритмы управления электроприводами прокатной секции, впервые имеющей в своем составе неприводную рабочую кпеть, отличающиеся наличием дополнительного контуров регулирования противонатяжения и критических углов в очагах деформации приводных клетей, а также настройки контуров регулирования.
6. Системы и алгоритмы управления электроприводами катушек. двухкатушечного намоточного аппарата, новой конструкции, а также настройки контуров регулирования, учитывающие более высокие частоты возмущающих воздействий.
7. Экспериментально-промышленный образец прокатной секции, опытно-промышленный образец двухкатушечного намоточного аппарата, автоматизированный электропривод прямоточного волочильного, стана, внедренный на действующем волочильном стане ВПТ 5/750 цеха №16 ОАО "Белорецкий металлургический комбинат".
8. Результаты теоретических и экспериментальных исследований статических и динамических свойств разработанных электроприводов и систем управления, подтверждающие принципиальную возможность использования резерва втягивающих сил трения в прокатных клетях, снижения затрат на деформацию проволоки при волочении и реализации процесса непрерывного съема проволоки, а также работоспособность разработанных электроприводов и систем управления.
По содержанию диссертационной работы опубликовано 44 печатных труда, в том числе две монографии, одно пособие, рекомендованное учебно-методическим объединением вузов России по образованию в области энергетики и электротехники; 34 статьи и доклада, 7 патентов и свидетельств о регистрации' программ: Полученные результаты докладывались и обсуждались на международных, всероссийский, региональных и корпоративных научно-технических конференциях, семинарах, совещаниях.
Заключение диссертация на тему "Автоматизированный электропривод совмещенного прокатно-волочильного проволочного стана"
11. Результаты работы получили промышленное внедрение на агрегатах ОАО "Белорецкий металлургический комбинат" и ОАО "Магнитогорский калибровочный завод", используются- ОАО "Магнитогорский ГИПРОМЕЗ" при проектировании новых технологических линий для производства стальной проволоки, а также в учебном процессе в ГОУ ВПО "Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова".
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
1. Обоснованы технологические требования к автоматизированным электроприводам принципиально нового совмещенного прокатно-волочильного проволочного стана. Принципиально новыми требованиями, отличающими разработанный электропривод от известных систем, являются:
- для электропривода прокатной секции - необходимость контроля величины критических (нейтральных) углов в очагах деформации приводных клетей;
- для электропривода волочильной секции - обеспечение регулирования величины противонатяжения и поддержания его на технически обоснованном уровне.
Выполнение указанных требований обеспечивает существенное повышение энергоэффективности процесса производства металлической проволоки при одновременном увеличении его производительности.
2. Определены критерии оптимального управления прямоточной волочильной секцией с позиции ее энергетической эффективности. Разработана методика определения границ устойчивости раската в межклетевых промежутках при его прокатке в секции с неприводной клетью. Показано, что для всего диапазона сортамента металла, обрабатываемого на совмещенном прокатно-волочильном стане, мощностей сил натяжения и подпора достаточно для осуществления процесса прокатки в неприводной клети.
3. Предложен и обоснован энергетический подход к анализу взаимодействия проволоки и шпули намоточного аппарата, на основании чего определен рациональный закон изменения натяжения, при котором натяжение в процессе намотки снижается в функции радиуса проволочной паковки. Разработана инженерная методика определения величины начального натяжения проволоки (при ее намотке на пустой барабан шпули).
4. Разработана методика расчета нагрузочных режимов электроприводов катушек и поворотного стола двухкатушечного намоточного аппарата, имеющего конструктивные отличия от всех известных и подобных ему агрегатов.
5. Разработаны и реализованы в виде программных модулей для пакета визуального программирования SIMULINK математического пакета MATLAB 6.0 математические модели электромеханических систем совмещенного прокатно-волочильного стана как объекта управления, учитывающие взаимосвязи отдельных технологических узлов через обрабатываемый металл.
6. Предложена концепция, разработан и научно обоснован новый способ построения автоматизированных электроприводов принципиально нового технологического агрегата совмещенного прокатно-волочильного стана. Реализацию противоречивых требований предложено выполнить распределением задач между электроприводами -разделение их на один ведущий и остальные ведомые. Доказано, что в качестве ведущего электропривода, обеспечивающего требование по точности регулирования скорости, наиболее целесообразно использовать электропривод последнего волочильного блока. Электроприводы остальных ведомых клетей, блоков и шпуль намоточного аппарата должны при этом осуществлять регулирование натяжения и противонатяжения во всех межклетевых, межбарабанных промежутках и на участке смотки. Обоснован выбор типа электропривода.
7. Разработаны и научно обоснованы принципы построения, системы и алгоритмы управления электроприводами прокатных клетей, волочильных блоков и двухкатушечного намоточного аппарата совмещенного прокатно-волочильного стана. Доказана принципиальная невозможность косвенной оценки величины противонатяжений отдельно в каждом межбарабанном промежутке волочильной секции, в связи с чем предложены системы регулирования противонатяжения прямого действия. Средствами электропривода 1-ой клети предложено обеспечить контроль критических углов в очагах деформации приводных клетей прокатной секции.
8. Разработаны и научно обоснованы принципы построения, системы и алгоритмы управления электроприводами катушек двухкатушечного намоточного аппарата. К реализации предложена комбинированная система управления, включающая системы регулирования скорости и натяжения, автоматически переключающиеся в зависимости от режима работы намоточного аппарата.
9. Созданы и введены в опытно-промышленную эксплуатацию образцы прокатной секции и двухкатушечного намоточного аппарата, а также проведена реконструкция электропривода действующего прямоточного волочильного стана. Выполненные на этих агрегатах исследования дали экспериментальное подтверждение достоверности полученных теоретических результатов, работоспособности предложенных систем* управления и адекватности разработанных математических моделей.
10. Экспериментально подтверждена энергетическая эффективность предложенного способа производства проволоки на совмещенном прокатно-волочильном стане. При волочении достигнуто снижение затрат электроэнергии на 9 % и повышена производительность стана за счет снижения обрывности проволоки на 12%. При прокатке доказана возможность снижения затрат электроэнергии до 24 %. Внедрение двухкатушечного намоточного аппарата позволило повысить производительность процесса изготовления проволоки на 14%.
Библиография Радионов, Андрей Александрович, диссертация по теме Электротехнические комплексы и системы
1. Производство стальной проволоки: Монография / Х.Н. Белалов, Б.А. Никифоров, Г.С. Гун и др. - Магнитогорск: ГОУ ВПО "МГТУ, 2006. -543 с.
2. Ресурсосбережение в метизном производстве: Коллективная монография / В.И. Зюзин, В.А. Харитонов, А.А. Радионов и др. Магнитогорск: МГТУ, 2001.-160 с.
3. Когос A.M. Механическое оборудование волочильных и лентопрокат-ных цехов. М.: Металлургия, 1980. - 311 с.
4. Коковихин Ю.И. Технология сталепроволочного производства. Киев, 1995.-608 с.
5. Коковихин Ю.И. Теория и практика применения роликовых волок в ста-лепроволочно-канатном производстве: Дисс. . д-ра техн. наук. Магнитогорск, 1974. - 374 с.
6. Антропов В.Н. Непрерывный стан для теплой прокатки проволоки из труднодеформируемых металлов // НИИИНФОРМТЯЖМАШ. Сер. Металлургическое оборудование. 1972. №1. С. 22-26.
7. Поляков М.Г., Никифоров Б.А., Гун Г.С. Деформация металла в многовалковых калибрах. М.: Металлургия, 1979.-240 с.
8. Никифоров Б.А. Теоретические основы и технология прокатки проволоки различного назначения в клетях с многовалковыми калибрами: Дисс. д-ра техн. наук. Магнитогорск, 1979. - 375 с.
9. Туганбаев И.Т. Автоматизированный электропривод волочильного оборудования: Дисс. д-ра техн. наук. М.: Алматы, 1997. - 350 с.
10. Тарнавский А.Л. Эффективность волочения с противонатяжением. -М.: Металлургиздат, 1959. 152 с.
11. Клубина Т.Г., Винницкий А.А. Об эффективности использования противонатяжения на прямоточных волочильных станах // Иэв. вузов, черн. металлургия. № 4, 1972. С. 95-98
12. Соколовский М.В. Исследование высокоскоростного волочения стальной низкоуглеродистой проволоки с целью создания технологии и оборудования: Дисс. канд. техн. наук.- Свердловск, 1980. 118 с.
13. Тулешов А.К. Разработка и исследование системы стабилизации про-тивонатяжений проволоки в многократных прямоточных волочильных станах: Дисс. канд. техн. наук. Алма-Ата, 1984. - 211 с.
14. Посадский С.Г. Повышение эффективности процесса холодной прокатки проволоки с использованием резервных сил трения: Дисс. . канд. техн. наук. Магнитогорск, 2004. - 125 с.
15. Непрерывная прокатка сортовой стали с использованием неприводных рабочих клетей: Монография / А.П. Лохматов, С.М. Жучков, Л.В. Кулаков и др. Киев: Наук, думка, 1998. - 243 с.
16. Лохматов А.П., Жучков С.М., Кулаков Л.В. Использование резерва втягивающих сил трения в очагах деформации рабочих клетей при непрерывной сортовой прокатке // Сталь. -1996. №5. - С. 27-32.
17. Разработка метода анализа силового и энергетического взаимодействия рабочих валков комплекса "приводная неприводная клети" / С.М. Жучков, А.П. Лохматов. Л.В. Кулаков и др. // Изв. вузов. Черная металлургия. - 1997. - №10. - С. 34-40.
18. Концепция развития технологии и оборудования непрерывных сортовых станов // Сталь. 1995. - №5. - С. 51-53.
19. Малахов О.С. Разработка автоматизированного электропривода прокатного проволочного блока с промежуточной неприводной клетью: Дисс. . канд. техн. наук. Магнитогорск, 2006. - 120 с.
20. Линьков С.А. Разработка автоматизированного электропривода энергоэффективного волочильного стана: Дисс. канд. техн. наук. Магнитогорск, 2006. -120 с.
21. Туганбаев А.И.* Разработка автоматизированного электропривода двухкатушечного намоточного аппарата волочильного стана: Дисс. . канд. техн. наук. Магнитогорск, 2006. - 120 с.
22. Радионов А.А. Автоматизированный электропривод станов для производства стальной проволоки: Монография Магнитогорск: ГОУ ВПО "МГТУ", 2007. - 311 с.
23. Селиванов И.А. Автоматизированный электропривод непрерывных прокатных станов с многовалковыми калибрами: Дисс. . д-ра техн. наук. Магнитогорск, 1987. - 304 с.
24. Выдрин В.Н. Динамика прокатных станов. Свердловск: Металлургия, 1960.-256 с.
25. Колмогоров В.Л., Орлов С.И., Селищев К.П. Волочение в режиме жидкостного трения. М.: Металлургия, 1967. -155 с.
26. Перлин И.Л. Теория волочения М.: Металлургиздат, 1957.-424 с.
27. Бычков В.П. Электропривод и автоматизация металлургического производства: Учеб. пособие для вузов. 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Высш. шк., 1975. - 392 с.
28. Дружинин Н.Н. Непрерывные станы как объект автоматизации. М.: Металлургия, 1975. - 336 с.
29. Филатов А.С. Электропривод и автоматизация реверсивных станов холодной прокатки. М.: Металлургия, 1973. - 375 с.
30. Праздников А.В, Егоров B.C., Гринберг С.Д. Автоматизация непрерывных мелкосортных станов. М.: Металлургия, 1975. - 216 с.
31. Афанасьев В.Д. Автоматизированный электропривод в прокатном производстве. М.: Металлургия, 1977. - 280 с.
32. Бройдо Б.С. Синтез систем автоматического управления непрерывными станами холодной прокатки. М.: Металлургия, 1978. - 159 с.
33. Выдрин В.Н., Федосиенко А.С. Автоматизация прокатного производства. М.: Металлургия, 1984. - 472 с.
34. Шохин В.В. Исследование непрерывной прокатки проволоки в многовалковых калибрах с целью разработки способа автоматического регулирования размеров профилей: Дисс. . канд. техн. наук. Магнитогорск, 1976.-143 с.
35. А.с. 942839 (СССР). Устройство регулирования размеров проката / В.П. Бычков, И.А. Селиванов, В.В. Шохин и др.
36. А.с. 950459 СССР. Устройство ограничения межклетевых натяжений на непрерывном прокатном стане / В.П. Бычков, И.А. Селиванов и др.
37. Зудкин С.Н., Пружак А.Г., Алалыкин Г.С. Электропривод и автоматика волочильных станов. М.: Металлургия, 1977. - 206 с.
38. Ганнель В.Я. Электропривод волочильных станов и канатных машин. М.: Металлургиздат, 1962. - 176 с.
39. Харченко О.З. Модернизация и исследование электропривода волочильного стана ВС 6/7-550: Дисс. канд. техн. наук. М., 1974. - 185 с.
40. Хранченков O.K. Создание, внедрение и исследование систем многодвигательного электропривода высокоскоростного стана многократного волочения стальной проволоки: Дисс. . канд. техн. наук. М.: ВНИИ-МЕТМАШ, 1974.-176 с.
41. Рябинин А.И. Исследование и разработка электропривода волочильного стана с учетом упругих: Дисс. . канд. техн. наук. Алма-Ата, 1984 -159 с.
42. Радионов А.А. Анализ способов построения электроприводов прямоточных волочильных станов // Электромеханика. №4, 2006. С. 55-59.
43. Селиванов И.А., Радионов А.А. Автоматизированный электроприводвысокопроизводительного прямоточного волочильного стана // Тр. конференции "Автоматизированный электропривод". Магнитогорск, 2004. С. 157-160.
44. Парнес М.Г. Расчет и конструирование намоточных станков. -М.: Машиностроение, 1975. 296 с.
45. Машины для наматывания проволоки на катушку UDS-800 и UDS-10ОО: Проспект фирмы "Грюна". Лейпциг, 1975. - 4 с.
46. Намоточная машина UDS-800/0: Паспорт и инструкция по эксплуатации. Карл-Маркс-Штат: "Грюна", 1972. - 20 с.
47. Намоточные машины UDS фирмы "Грюна": Техническое описание. -Дрезден, 1979. 206 с.
48. Технический проект АЗТМ намоточного аппарата НК-1/500 (черт. А764-00-00).
49. Волочильные станы для производства стальной проволоки / В.Д. Королев, И.И. Боков, Л.Е. Кандауров, Л.Г. Утюганов, Б.Н. Красавин. Магни-тогосрк: МГТУ, 1999. - 236 с.
50. Каюков А.С., Шубин И.Г., Пыхтунова С.В. Барабанные волочильные станы. Магнитогорск: МГТУ, 2004. - 98 с.
51. Королев В.Д., Кандауров Л.Е. Волочильные станы со скольжением для производства стальной проволоки. Магнитогорск: МГТУ, 2004. -146 с.
52. Мелкадзе М.А. Автоматизированный электропривод высокоскоростного двухкатушечного намоточного аппарата для непрерывного приема проволоки: Дисс. канд. техн. наук. М.: ВНИИМетмаш, 1974.
53. Мунсузбаев Т.М. Автоматизированный электропривод намоточного аппарата волочильного стана: Дисс. . канд. техн. наук (ДСП). Одесса: ОПИ, 1986.-186 с.
54. Барсуков В.Ф. Анализ технологических и энергетических режимов намоточных аппаратов волочильных станов и разработка электропривода, повышающего эффективность и качества процесса намотки: Дисс. . канд. техн. наук. М.: МЭИ, 1981.-230 с.
55. Радионов А.А., Карандаев А.С. Электропривод моталок и разматыва-телей агрегатов прокатного производства: Учеб. пособие. Магнитогорск:1. МГТУ, 2003.-134 с.
56. Альшиц В.М., Зеленцов В.И., Тикоцкий А.Е. Электроприводы моталок и разматывателей станов холодной прокатки. М.: ИНФОРМЭЛЕКТРО, 1980.-55 с.
57. Ронин Я.П. Автоматическое регулирование натяжения полосы на моталках станов холодной прокатки. М.: Металлургия, 1970. - 149 с.
58. Юхвец И.А. Волочильное производство. М.: Металлургия, 1965.
59. Перлин И.Л., Ерманок М.З. Теория волочения. М.: Металлургия, 1971.-448 с.
60. Харитонов В.А. Исследование и разработка способа производства высокопрочной арматурной проволоки прокаткой в трехвалковых калибрах: Дисс. канд. техн. наук. Магнитогорск, 1975. - 143 с.
61. Ткаченко А.П. Исследование холодной прокатки проволоки и разработка методики расчета режимов деформации на непрерывном стане с трехвалковыми калибрами: Дисс. . канд. техн. наук. Магнитогорск, 1980.-140 с.
62. Выдрин В.Н. , Попов Ю.Н., Кремсов Н.А. Экспериментальное исследование формоизменения и энергосиловых параметров при деформации проволоки способом прокатка-волочение // Прокатное производство: Сб. науч. тр. Челябинск, 1979. - Вып. 230. - С. 52-58.
63. Недовизий И.Н. Сталепроволочное-канатное производство Японии // Черметинформация. 1972. Сер. 9, информ. 2.
64. Ein neues Verfahren zur Haltumformung von Rippenstahl fur Betonstahl-matten / P. Funne, H. Meyer, H. Striepens, H. Shulte // Stal und Eisen -1976, №21.- S. 1015-1020.69. Пат 1111878 (Франция).70. Пат. 256594 (Австрия).
65. Пат. 1334153 (Великобритания).72. Пат. 3256727 (США).
66. Оптимизация расхода энергии в процессах деформации / Хензель А., Шпиттель Т., Шпиттель М. и др. М.: Металлургия, 1985. -184 с.
67. Технологические и силовые резервы прокатных станов / В.М. Клименко, В.И. Погоржельский, B.C. Горелик, Л.В. Коновалов. М.: Металлургия, 1976.-240 с.
68. Грудев А.П. Внешнее трение при прокатке. М.: Металлургия, 1973. -288 с.
69. Выдрин В.Н., Федосиенко А.С., Крайнов В.И. Процессы непрерывной прокатки. М.: Металлургия, 1970.-456 с.
70. Гринман И.Г., Сахипов Н.И. Решение задачи многосвязного регулирования многократных волочильных станов при помощи многополюсников // Автоматика и телемеханика. 1963. Т. XXIV. - № 4 - С. 548-557.
71. Пустыльников В.М., Ахмадиев А.Т., Беспалов Б.В. Динамика системы автоматического управления прямоточным волочильным станом // Изв. АН КазССР. Сер.физ.мат. № 4. Алма-Ата, 1968. - С. 6-14.
72. Пустыльников В.М., Беспалов Б.В. Основные характеристики процессов регулирования в прямоточных волочильных станах // Изв. АН КазССР. Сер. физ.-мат. № 4. Алма-Ата, 1968. - С. 14-22.
73. Жучков С.М. Использование неприводных деформирующих средств в процессе сдвоенной прокатки с продольным разделением раската в потоке стана // Сталь. 1997. - №7. - С. 44-49.
74. Радионов А.А. Особенности автоматизированного электропривода совмещенного прокатно-волочильного стана // Электромеханика. № 2, 2008. С. 48-51.
75. Радионов А.А., Радионова Л.В. Энергетический подход к исследованию влияния противонатяжения на процесс волочения // Черная металлургия, № 5, 2008. С. 19-22
76. Радионов А.А., Радионова Л.В. Влияние противонатяжения на очаг деформации при волочении проволоки // Тр. 2-й междунар. конференции "Металлургия XXI века",- М.: ВНИИМЕТМАШ, 2006. С. 382-385.
77. Беспалов Б.В., Пустыльников В.М. Решение одной задачи синтеза оптимальных по быстродействию систем на примере прямоточного волочильного стана // Изв. АН КазССР. Сер. физ.-мат. № 6. Алма-Ата, 1969. - С. 28-34.
78. Рябинин А.И., Тагатова А.С. Адаптивная система управления многократным прямоточным волочильным станом // Вестник КазНТУ. № 1. Ал-маты, 1998. -С.49-51.
79. Даирбаев A.M. Волочильный стан как объект адаптивного управления. Алма-Ата, 1988. - 9с. - Деп. в ВИНИТИ.
80. Прудков М.Л., Титов В.Е. Исследование трехконтурной системы регулирования натяжения при прокатке: Инструктивные указания по проектированию электротехнических промышленных установок. М.: Энергия, 1971.-№ 3.-С. 8-13.
81. Марголин Ю.А., Сарбатова Н.И. Системы автоматического регулирования натяжения кордных тканей. М.: Машиностроение, 1977. -158 с.
82. Корнилов Г.П., Селиванов И.А. О синтезе систем регулирования электроприводов с учетом ограничений // Электрооборудование промышленных предприятий. Чебоксары, 1982. - С. 44-49.
83. Структурная схема многодвигательного электропривода непрерывного стана с многовалковыми калибрами / И.А. Селиванов, Б.А. Никифоров, Ю.А. Крылов и др. // Тр. МГМИ Магнитогорск: МГМИ, 1974. - Вып. 140. -С. 91-97.
84. Селиванов И.А., Шохин В.В. Расчет параметров косвенного регулирования размеров для непрерывных сортовых и проволочных станов // Электрооборудование промышленных предприятий. Чебоксары, 1982. -С. 92-97.
85. Система регулирования размеров проката для непрерывных сортовых и проволочных станов / И.А. Селиванов, В.В. Шохин, И.Л. Лебединский // Электропривод. 1981. - №5(94). - С. 17-19.
86. Горловский М.В. Оборудование проволочных и канатных цехов. М.: Металлургия, 1964.-255 с.
87. Горловский М.В. Оборудование и инструмент для волочения стальной проволоки. М: Металлургия, 1960. - 260 с
88. Трубицын А.В. Исследование и разработка эффективной технологии производства латунированной проволоки: Автореф. дисс. . канд. техн. наук. Магнитогорск: МГМИ, 1979.-22 с.
89. Радионова Л.В. Разработка и исследование технологии производства высокопрочной проволоки из углеродистых марок стали с повышенными1 пластическими свойствами: Дисс. . канд. техн. наук. Магнитогорск: МГТУ, 2001.-137 с.
90. Малахов Ю.И., Иванов Г.К., Мелкадзе М.А. К вопросу динамики систем автоматизированного электропривода двухкатушечных намоточных аппаратов непрерывного приема проволоки //Технические науки: Сб.: MB и ССО КазССР. Алма-Ата, 1971, вып.11. - С. 112-117.
91. Малахов Ю.И., Мелкадзе М.А., Мунсузбаев Т.М. Переходные процессы в электромеханической системе двухкатушечного намоточного аппарата // Электромеханика. Алма-Ата: КазПТО, 1974. - Вып.1. - С. 202207.
92. Двойное намоточное приспособление UDSVZI60: Инструкция по монтажу и эксплуатации (АМК 17/1) / FEB Drahtziemaschinenwerk Gruhna. Schwermaschinenbau Kombinat „Ernst Telman".
93. Dropez D. W. Maxev I. G. Elektrikal drives for cold mills // Stell Times. -1967. V. 194.-N 5162.
94. Tack l.-R. Die Entwicklung der Elertrischen Regeleinzichtungen von Kaltwalzwerkeen. Brown Bovari Mitt.
95. Туганбаев А.И. Принцип построения электропривода автоматизированного двухкатушечного намоточного аппарата // Сб. докл. традиционной казахстанско-российской науч.-практ. конф. Алматы, 2000. - С. 6266.
96. Туганбаев А.И. Исследование динамических режимов двухкатушечного намоточного аппарата совместного пуска и.процесса, перебросала ЦВМ // Комплексное использование минерального сырья. Алматы, 2001.-С. 18-22.
97. Туганбаев А.И. Разработка технологических требований к электроприводу, двухкатушечного намоточного аппарата // Сб. науч. тр. II Междунар. семинара-совещания.- Атырау, 2005. - С. 31-37.
98. РадионоВ'А.А., Туганбаев А.И? Разработка системы электропривода двухкатушечного намоточного аппарата волочильного стана // Электротехнические системы и комплексы: Межвуз. сб. науч; тр. Магнитогорск: МГТУ, 2006. - Вып. 13. - С. 179-183.
99. Туганбаев А.И., Радионов А.А. Автоматизация технологических процессов изготовления проволоки. на прямоточных волочильных станах // Электротехнические системы и комплексы: Межвуз. сб. науч. тр. Магнитогорск: МГТУ, 2005. - Вып. 10. - С. 101-105.
100. Радионов А.А. Разработка требований к автоматизированным электроприводам совмещенного прокатно-волочильного стана // Электротехнические системы и комплексы: Межвуз. сб. науч. тр. Магнитогорск: МГТУ, 2007. - Вып. 14. - С. 93-98.
101. Радионов А.А., Линьков С.А. Критерии оптимального управления прямоточными» волочильными станами // Электротехнические системы и комплексы: Межвуз. сб. науч. тр. Магнитогорск: МГТУ, 2006. Вып. 13.1. С.75-81.
102. Беспалов Б.В., Пустильников В.М. О влиянии связи между противо-натяжением и давлением на волоку на процессы, стабилизации усилий волочения в прямоточном волочильном стане // Изв: АН КазССР. Сер. физ.-мат. № 6. Алма-Ата. 1969. - С. 35-41.
103. Мунсузбаев Т.М., Туганбаев И.Т., Васильев В Н. Намоточный аппарат волочильного стана как объект автоматизированного управления. -Алма-Ата, 1984.-11 с.
104. Мунсузбаев Т.М, Методика определения натяжения проволоки в зависимости от радиуса намота // Технология машиностроения и автоматизация: Вып.6. Алма-Ата: КазПТИ, 1977. - С. 42-45.
105. Тимошенко С.П. Сопротивление материалов; М.: Физматгиз, 1960. - 380 с.
106. Тимошенко С.П., Войновский-Кригер С. Пластинким оболочки: Пер. с англ. М.: Наука, 1966. - 636 с.
107. Ковальский Б.С. Теория многослойной навивке каната // Доклады АН СССР. 1950. - Т.74. - № 3. - С. 429-432.
108. Бривманис Р.Э., Гаганов А.К. Намоточные конструкции в электрических машинах и аппаратах. М.: Энергия, 1971. - 88 с.
109. Благонадежин В.Л., Мишенков Г.В., Перевозчиков В.Г. Исследованиедавления на оправку в процессе изготовления намоточных изделий методом тензометрирования оправки // Тр. Московского энергетического института.-М.: МЭИ, 1970.-Вып. 74.-С. 133-138.
110. О влиянии режима намотки на остаточные напряжения в намоточных изделиях из стеклопластиков / В.Л. Благонадежин, Г.В. Мишенков и др. // Тр. Московского энергетического института. М.: МЭИ, 1970. - Вып. 74. - С. 94-98.
111. Очан М.Ю. Исследование оптимального натяжения при намотке ленты на барабан // Машиностроение. 1972. - №2. - С. 21-27.
112. Очан М.Ю. Об одной минимаксной задаче нахождения натяжения ленты при намотке на податливую оправку // Механика. 1975. - №6. - С. 1011-1020.
113. Глушко М.Ф., Быкодоров В.П. Влияние эффекта Пуассона на величину радиальной нагрузки на оболочку барабана при многослойной навивке проволоки или каната на барабан // Стальные канаты. Т.1. Киев: Техника, 1964.-С. 165-168.
114. Быкодоров В.П. Исследование нагретой многослойной намотки после охлаждения. // Стальные канаты. Т. 2. Киев: Техника, 1965. - С. 251254.
115. Быкодоров В.П. Определение осевых нагрузок при многослойной смотке // Стальные канаты. Т. 3. Киев: Техника, 1966, - С. 263-265.
116. Диарбаев A.M., Тугубаев И.Т., Мунсузбаев Т.М. Методика выбора оптимальных силовых параметров на прямоточных станах. Алма-Ата, 1988. -10 с. - Деп. в ВИНИТИ, 10 с
117. Быкодоров В.П. Исследование напряженного состояния многослойной намотки гибкого элемента и определение расчетных нагрузок на цилиндрическую оболочку: Дисс. канд. техн. наук. Одесса.: ОПИ, 1965. -161 с.
118. Ключев В.И. Теория электропривода: Учеб. для вузов. 2-е изд., пе-рераб. и доп. - М.: Энергоатомиздат, 1998. - 704 с.
119. Мунсузбаев Т.М., Туганбаев И.Т., Ахметов К.М. Особенности выбора двигателя для намоточных аппаратов // Электропривод и преобразовательная техника: Межвуз. сб. науч. тр. Алма-Ата: КазНИИ, 1985. - С. 1216.
120. Радионов А.А., Карандаев А.С. Об оптимальном законе изменения натяжения в процессе смотки металлической проволоки // Машиностроение. № 10. С. ХХ-ХХ.
121. Барсуков В.Ф. Экспериментальное исследование влияния свойств электропривода намоточного аппарата на деформацию шпуль. М., 1982.-28 с. Деп. в Информэлекгро 17.06.1982, № 161эт-Д82.
122. Гухман А.А. Введение в теорию подобия. 2-е изд., перераб. и доп: -М.: Энергоатомиздат, 1998.-704 с.
123. Тарнавский А.Л. Элементы теории и практики высокоскоростного волочения // Сталь. 1974. - № 6. - С. 563-567.
124. Малахов Ю.И., Шадхин Ю.И. Моделирование САР многодвигательного прямоточного волочильного стана по блочной схеме с учетом упругих связей // Материалы конференции, посвященной 100-летию В.И. Ленина. Алма-Ата: КазПТИ, 1970. - С. 565-568.
125. Морозов Д.П., Кузиков B.C. Характер переходных процессов привода волочильных станов // Электромеханика. 1959. - № 9. - С. 76-85.
126. Морозов Д.П., Кузиков B.C. Переходные процессы электропривода прямоточного стана многократного волочения // Электромеханика. -1960.-№ 10.-С. 109-123.
127. Морозов Д.П., Кузиков B.C. Переходные процессы электропривода прямоточного волочильного стана // Электромеханика. -1961. № 3. - С. 49-61.
128. Математическая модель разгона электромеханической системы волочильного стана / В.М. Кирпичников, Ю.И. Малахов, О.Г. Пташинский, А.И. Тищенко // Электромеханика. 1978. -N2 6. - С. 640-643.
129. Диарбаев A.M., Тугубаев И.Т., Мунсузбаев Т.М. Математическийанализ электромеханической системы прямоточного стана. Алма-Ата, 1987. - 15 с. - Деп. в ВИНИТИ.
130. Туганбаев И.Т. Учет упругих свойств проволоки в процессе ее волочения // Электрооборудование промышленных установок: Межвуз. сб. тр. Горький, 1986. - С. 94-99.
131. Радионов А.А., Малахов О.С. Математическая модель очага деформации сортопрокатного стана как объекта управления // Электротехнические системы и комплексы: Межвуз. сб. науч. тр. Магнитогорск: МГТУ, 2006. - Вып. 13. - С. 107-114.
132. Павлов И.М. Теория прокатки. М.: Металлургиздат, 1950. - 610 с.
133. Радионов А.А., Малахов О.С. Расчет моментов на валу двигателей прокатного блока совмещенного прокатно-волочильного стана // Электротехнические системы и комплексы: Межвуз. сб. науч. тр. Магнитогорск: МГТУ, 2006. - Вып. 12. - С. 67-71.
134. Линьков С.А., Радионов А.А. Математическая модель многократного прямоточного волочильного стана как объекта регулирования // Электротехнические системы и комплексы: Межвуз. сб. науч. тр. Магнитогорск: МГТУ, 2005. Вып. 11. С. 50-56.
135. Радионов А.А., Линьков С.А. Математическая модель энергосиловых параметров при волочении проволоки в монолитной волоке // Электротехнические системы и комплексы: Межвуз. сб. науч. тр. Магнитогорск: МГТУ, 2006. - Вып. 12. - С. 149-157.
136. Радионов А.А. Расчет моментов на валу двигателей разматывателя и моталки совмещенного прокатно-волочильного стана // Оптимизация режимов работы электротехнических систем: Межвуз. сб. науч. тр. -Красноярск: ИПЦ КГТУ, 2006. С. 97-101.
137. Радионов А.А. Математическое описание технологической нагрузки электроприводов двухкатушечного намоточного аппарата. М., 2006. -9 с. Деп. в ВИНИТИ 08.11.2006, № 1317-В2006.
138. Шрейнер Р.Т. Системы подчиненного регулирования электроприводов. Часть I. Электропривода постоянного тока с подчиненным регулированием координат: Учеб. пособие для вузов. Екатеринбург: Урал. Гос. Проф. Пед. Ун-т, 1997 . - 279 с.
139. Кузовков Н.Т. Теория автоматического регулирования, основанная на частотных методах:.-М.: Оборонгиз, 1960. 263 с.
140. Бесекерский В.А., Попов Е.П. Теория систем автоматического управления: СПб:: Изд-во/'Профессия", 2004. - 752 с.
141. Загальский Л.Н., Зильберблат М.Э. Частотный анализ систем автоматизированного электропривода. М.: Энергия, 1968 .-112с.
142. Терехов В.М., Осипов О.И. Системы управления электроприводов. -М.: Издательский центр "Академия", 2005. 304 с.
143. Альшиц В.М., Вейнгер A.M. Структура систем с регуляторами натяжения прямого действия. Инструктивные указания по проектированию электротехнических промышленных установок. М.: Энергия, 1970. - № 9.-С. 13-17.
144. Шубенко В.А., Альшиц В.М. Анализ регуляторов натяжения моталок листовых станов. Инструктивные указания по проектированию электротехнических промышленных установок. М.: Энергия, 1970. - № 1-2. - С. 3-11.
145. Радионов А.А., Карандаев А.С. Автоматизированный электропривод намоточно-размоточных устройств агрегатов прокатного производства. -Магнитогорск: МГТУ, 1999. 131 с.
146. Комплектные тиристорные электроприводы: Справочник / И.Х. евзе-ров, А.С. Горобец, Б.И. Мошкович и др. Под. ред. В.М. Перельмутера. -М.: Энергоатомиздат, 1988. 319 с.
147. Ронин Я.П. Компенсация динамической составляющей усилия в современных схемах моталок листопрокатных станов // Новое в проектировании промышленных электроустановок: Тр. ин-та Тяжпромэлекгропро-екг. М.: Энергия, 1975. - Вып.2. - С.125-130.
148. Усынин Ю.С., Белошабский В.В. Выбор структуры и параметров узла регулирования динамической компенсации в системах регулирования натяжения моталок// Электротехника. 1976. - №8. - С. 21-24.
149. Альшиц В.М. Анализ методов компенсации динамичных возмущений в системах регулирования натяжения // Новое в проектировании промышленных электроустановок: Тр. ин-та Тяжпромэлектропроект. М.: Энергия, 1975.- Вып. 2.
150. Альшиц В.М., Зеленцов В.И. Повышение точности регулирования натяжения в электроприводе моталок// Электротехника. 1986. - №2. - С. 20-22.
151. Устройство для регулирования натяжения полосы на моталке листопрокатного стана: А.с. 1041188 СССР, МПК В 21 В 37/00 / В.М. Апьшиц и др. Опубл. 15.19.83, бюл. 34.
152. Горский В.Г., Адлер Ю.П. Планирование промышленных экспериментов. М.: Металлургия, 1974. - 264 с.
153. Ивоботенко Б А, Ильинский Н.Ф., Копылов И.П. Планирование эксперимента в электромеханике. М.: Энергия, 1975. -184 с.
154. Лукьянов С.И. Основы инженерного эксперимента: Учеб. пособие.-Магнитогорск: МГТУ, 2003. 87 с.
155. Радионов А.А., Малахов О.С. Экспериментальные исследования автоматизированного электропривода прокатного проволочного блока // Сб. трудов межрегион, науч. конф. "Наука и производство Урала". Новотро-ицк: НФ МИСиС, 2006. - С. 143-147.
-
Похожие работы
- Разработка автоматизированного электропривода прокатного проволочного блока с промежуточной неприводной клетью
- Разработка автоматизированного электропривода двухкатушечного намоточного аппарата волочильного стана
- Разработка автоматизированного электропривода энергоэффективного прямоточного волочильного стана
- Исследование и разработка электропривода волочильного стана с учетом упругих связей
- Совершенствование автоматизированного электропривода непрерывного прокатного проволочного стана с четырехвалковыми калибрами
-
- Электромеханика и электрические аппараты
- Электротехнические материалы и изделия
- Электротехнические комплексы и системы
- Теоретическая электротехника
- Электрические аппараты
- Светотехника
- Электроакустика и звукотехника
- Электротехнология
- Силовая электроника
- Техника сильных электрических и магнитных полей
- Электрофизические установки и сверхпроводящие электротехнические устройства
- Электромагнитная совместимость и экология
- Статические источники электроэнергии