автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.03, диссертация на тему:Разработка электропривода вертикальных валков слябинга 1150 с ограничением динамических нагрузок

ВВЕДЕНИЕ.

1. ХАРАКТЕРИСТИКА ЭЛЕКТРОПРИВОДА ВАЛКОВ СЛЯБИНГА

1.1. Особенности работ электропривода валков слябинга.

1.2. Характеристика линий привода рабочих валков слябинга 1150 ММК.

1.3. Экспериментальное исследование упругих колебаний момента в валопроводах горизонтальных и вертикальных валков при захвате металла валками на слябинге 1150 ММК.

1.4. Обзор способов построения системы ограничения амплитуды упругого момента в валопроводах обкимных станов

Выводы.

2. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ ПРОЦЕССА ЗАХВАТА МЕТАЛЛА ВАЛКАМИ СЛЯБИНГА

2.1. Математическое описание процессов в очаге деформации при захвате металла валками.

2.2. Математическое описание процессов в электроприводе валков.

2.3. Математическое описание процессов в линии привода валков. . . . . •

2Л. Экспериментальное определение величины коэффициента связи Кф0 вертикальный валок - прокатываемый металл.

2.5. Модель. Структурная схема и параметры

2.6. Адекватность модели и объекта.

Выводы. IOI

3. УСЛОВИЯ ЗАХВАТА МЕТАЛЛА ВВ В ЧЕТНОМ И НЕЧЕТНОМ ПРОХОДАХ

3.1. Анализ переходных процессов при захвате металла ВВ в нечетном проходе.

3.2. Влияние различных факторов на величину амплитуды упругого момента при захвате металла вертикальными валками в нечетном проходе.

3.2.1. Влияние массы захватываемого металла на величину амплитуды упругого момента МдХ.

3.2.2. Влияние величины коэффициента фрикционной связи Кф0 на амплитуду упругого момента МдХ.

3.2.3. Влияние величины момента прокатки Мдр на амплитуду упругого момента МдК

3.2Л. Влияние скорости вращения ВВ в момент захвата на величину амплитуды упругого момента Мд8. •

3.3. Влияние зазора &fH и рассогласования в скоростях валка и металла дЦач к моменту захвата на величину амплитуды МдХ при прокатке металла в нечетном проходе

3.4. Требования к системе ограничения амплитуды упругого момента в нечетном проходе для слябинга 1150 ММК.

3.5. Анализ переходных процессов при захвате металла ВВ в четном проходе.

Выводы.

РАЗРАБОТКА И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДОМ ВВ С ОГРАНИЧЕНИЕМ ДИНАМИЧЕСКИХ НАГРУЗОК ПРИ ЗАХВАТЕ МЕТАЛЛА В НЕЧЕТНОМ ПРОХОДЕ

4.1. Предлагаемая схема системы управления электроприводом ВВ с ограничением динамических нагрузок.

4.1.1. Основные узлы и элементы системы управления.

4.1.2. Блокировка Б1 на отключение системы ограничения в нечетном проходе после захвате металла ВВ.» . •••••

4.1.3. Блокировка Б2 на отключение системы ограничения при малых значениях статического тока прокатки . . . •

4.1.4. Блокировка БЗ на отключение системы ограничения при прокатке металла в четном проходе и прокатке без выброса металла из ВВ. .,

4.1.5. Блокировка Б4 на отключение системы ограничения для предотвращения удара второго по ходу прокатки в нечетном проходе слитка о первый.

4.1.6. Модель поведения металла на роликах рольганга ШМ.

4.2. Экспериментальные исследования системы управления электроприводом ВВ с ограничением динамических нагрузок.

Выводы.

В В Е Д Е Н И Е В соответствии с основными,направлениями развития народного хозяйства СССР на 1981,,.85 г.г. I предусмотрено довести выпуск проката до 120 млн. тонн в год. Около 1Ъ% всей выплавляемой в Советском Союзе стали перерабатывается на обжимных станах, а 50 всех слябов, поставляемых для производства листового металла поступает с универсальных слябингов. Одной из важнейших экономических задач, поставленных перед производственными и научными кадрами нашей страны, является повышение производительности и особенно качества продукции обжимных прокатных станов. Решение этих задач непосредственно зависит от состояния и уровня развития металлургического электропривода. В свою очередь, задачей металлургического электропривода является обеспечение требований технологии и минимума затрат на эксплуатацию и ремонт как электрического, так и механического оборудования /2/. Стремление повысить производительность обжимного стана привело к созданию индивидуального привода рабочих валков, который прш\леняется на большинстве прокатных станов такого типа /3,4/. В валопроводах рабочих валков обжимных станов в процессе захвата металла возникают динамические нагрузки с возможностью образования больших значений амплитуды упругого момента /5, 14, 18/. Причинами возникновения выбросов амплитуды упругого момента являются: многомассовость линии привода рабочего валка, наличие зазоров в валопроводе валка и рассогласование в скоростях металла и валков к моменту захвата /9, 10, 19, 21/. Наличие упругих колебаний в валопроводе валков о выбросами амплитуды упругого момента приводит к поломкам как в механической части оборудования (рабочие валки, универсальные шпиндели и узлы

соединения), так и в электрической части привода (крепление якоря двигателя к валу) /12,16,18/, Вопросам изучения причин возникновения динамических нагрузок в валопроводах рабочих валков, снижения амплитуды упругого момента и разработке мер по защите механического и электрического оборудования обжимных станов в нашей стране уделяется большое внимание. Так, наприглер, в работах.Квартального,Б.В., Большакова,В.И., Кожевникова Н., Иванченко Ф.К., Лехова О.С., Смирнова В.В., Яковлева Р.А. и Адамия Р.Ш. дается подробный анализ переходных процессов в валопроводе валка обжшлного стана, приводится математический аппарат для исследования динамических нагрузок, указаны технические решения для ограничения этих нагрузок посредством введения в линию привода валка демпферов и фрикционных звеньев, разработаны рекомендации,по проектированию линий привода валков обжимных станов /5...22/. Значительно слабее рассмотрены вопросы снижения динамических нагрузок на основе выбора и соответствующего построения системы управления электроприводом рабочих валков. Предлагаемые при этом системы.управления пригодны лишь для электроприводов блюмингов /23,24/. Сведений же о разработке систем ограничения динамических нагрузок при захвате металла валками слябинга, который является более сложной электромеханической системой, чем блюминг, нет. Кроме того, в приведенной литературе, хотя и имеется подробное описание переходных процессов в линиях привода валков, но отсутствует четкое представление о силах, приводящих к значительным броскам амплитуды упругого момента. Очень упрощенно описывается характер изменения динамического момента в процессе захвата металла валками. Кроме общих положений о мерах снижения динамических нагрузок, нет конкретных требований и рекомендаций по построению и настройке системы управления электроприводами валков. В связи с указанным,в настоящей работе выносятся для решения следующие задачи: 1) теоретическое и экспериментальное исследование процессов, происходящих в валопроводах как горизонтальных, тш? и вертикальных валков слябинга при захвате металла валками; 2) разработка системы управления электропривода валков слябинга, обеспечивающей максимально возможное ограничение амплитуды упругого момента при захвате металла валками; 3) создание инженерной методики расчета параметров системы управления с учетом снижения динамических нагрузок в валопроводах валков; 4) внедрение разработанной системы электропривода на слябинге II50 М Ж Содержание

Выводы

1. Экспериментальные исследования показали, что предлагаемая система ограничения амплитуды упругого момента Мд позволяет: а) снизить величину зазора AfH к моменту захвата металла ВВ посредством снижения числа случаев захвата металла на участках торможения и установившейся скорости и увеличения числа случаев захвата на участке разгона электропривода ВВ; б) уменьшить число случаев захвата с отрицательным начальным рассогласованием скоростей металла и ВВ л и А Й^г>0,3 -что в совокупности приводит к уменьшению амплитуды М/,

2. Применительно к приводу слябинга 1150 ММК система ограничения позволила снизить амплитуду упругого момента Мд с 3,5 до 2,5. При этом прогнозирование величины скорости металла Им проведено с ошибкой aUm = -0,6. I м/с, практически вполне допустимой.

ЗЖШОЧЕНИЕ

1. При захвате металла ВВ в линии привода ВВ возникают существенные выбросы амплитуды упругого момента. При захвате металла ГВ в линии привода ГВ эти выбросы практически отсутствуют.

2. Существенное влияние на характер изменения упругого момента оказывают рассогласование скоростей металла и ВВ и величина зазора в валопроводе ВВ к моменту захвата металла.

3. Наименьшая относительная величина амплитуды упругого момента наблюдается при захвате металла ВВ на участке разгона и наибольшая - при захвате на участке торможения и установившейся скорости вращения ВВ.

4. Экспериментальные исследования на слябинге 1150 ММК показали, что захват металла на участке разгона привода ВВ происходит только лишь в 16$ случаев захвата. Это и влечет за собой появление больших выбросов амплитуды упругого момента в валопроводе ВВ.

5. Ограничение выбросов амплитуды упругого момента возможно либо путем применения системы регулирования по упругому моменту, либо путем применения системы согласования скоростей металла и ВВ с одновременным закрытием зазора в линии привода ВВ к моменту захвата; второй способ, хотя и более сложный, однако он более эффективный. В основу построения системы ограничения амплитуды упругого момента взят второй способ.

6. На основании разработанной методики определения величины коэффициента связи Ксро установлено, что для слябинга 1150 ММК диапазон изменения коэффициента фрикционной связи находится в пределах 25 < Кср0< 36.

7. Составленная математическая модель электропривода валков слябинга адекватна объекту. Расхождение между результатами промышленного исследования на слябинге 1150 ММК и результатами расчета на модели не превышает 10$.

8. Из проведенного анализа влияния различных факторов на величину амплитуды упругого момента следует, что с увеличением массы прокатываемого металла, коэффициента связи металл-"ВВ, установившегося значения момента прокатки, скорости захвата, зазора и рассогласования скоростей металла и ВВ к моменту захвата величина амплитуды упругого момента возрастает.

9. Предложенная система ограничения амплитуды упругого момента прошла промышленные испытания на слябинге 1150 ММК и показала, что её применение позволяет: а) снизить величину зазора в валопроводе БВ к моменту захвата посредством снижения числа случаев захвата металла на участке торможения и установившейся скорости вращения ВВ и увеличения числа случаев захвата на участке разгона; б) уменьшить число случаев захвата с отрицательным начальным рассогласованием скоростей ВВ и металла.

А это всё в совокупности приводит к уменьшению амплитуды упругого момента Mj .

10. Применительно к приводу ВВ слябинга 1150 ММК предложенная система ограничения позволила снизить выбросы амплитуды упругого момента Ма с 3,5 до 2,5. При этом прогнозирование величины скорости металла проведено с ошибкой -0,6.1 м/с, что практически вполне допустимо.

II. Система ограничения амплитуды внедрена на слябинге 1X50 ММК. Экономический эффект от внедрения составляет 9,1 тыс. руб. в год.

1. Материалы ХХУ1 съезда КПСС. - М.: Политиздат, 1981. - 223 с.

2. Автоматизированный электропривод, силовые полупроводниковые приборы, преобразовательная техника (Актуальные проблемы и задачи) /Под общей ред. Н.Ф. Ильинского, И.А. Тепмана, М.Г. Юнькова. М.: Энергоатомиздат, 1983 - 472 с.

3. Слежановский О.В. Реверсивный электропривод постоянного тока. -М.: Металлургия, 1967. 424 с.

4. Выдрин В.Н. Динамика прокатных станов. М.: Металлургиздат, I960. - 375 с.

5. Квартальной Б.В. Динамика электроприводов с упругими связями. -М.: Энергия, 1965. 88 с.

6. Большаков В.И. Уравнения движения и электронное моделирование механических систем с зазорами и упругими связями. В сб.: Модернизация и автоматизация оборудования прокатных станов. Т. 27. - М.: Металлургия, 1967, с. 209-214.

7. Кожевников С.Н., Большаков. Некоторые вопросы определения динамических нагрузок и выносливости главных линий прокатных станов. В сб.: Модернизация и автоматизация оборудования прокатных станов. Т. 27. - М.: Металлургия, 1967, с. II-I6.

8. Кожевников С.Н., Большаков В.И. Исследование динамики приводной линии вертикальных валков слябинга. В сб.: Модернизация и автоматизация металлургического оборудования. Т. 19. - М.: Металлургия, 1965, с. 73-78.

9. Кожевников С.Н. Динамика машин с упругими звеньями. Киев: АН УССР, 196I. - 160 с.

10. Honjyo H.,WatanaSe H. Impact toodlny and VihzciiLon. оfj ike sEaiiin^ miPP. -lion ocnoi Steei UngLneet, 1915, л/5, p.31~38.

11. Кожевников C.H., Скичко П.Я. Исследование обжимных станов завода им. Дзержинского. В сб: Автоматизация обжимных реверсивных станов. - Киев, 1963, с. 38-51.

12. Большаков В.И. Динамичекое взаимодействие электропривода и механической системы с упругими связями. В сб.: Модернизация и автоматизация оборудования прокатных станов. Т. 27. -М.: Металлургия, 1967, с. 17-25.

13. Дукин В.М., Иванченко Ф.К. Динамика прокатки сдвоенных слитков. В кн.: Динамика крупных машин. - М.: Машиностроение, 1969, с. 180-185.

14. Иванченко Ф.К., Полухин П.И., Тылкин М.А. Динамика и прочность прокатного оборудования. М.: Металлургия, 1970. 487 с.

15. Иванченко Ф.К. Некоторые случаи динамического нагружения металлургических машин. Известия вузов. Черная металлургия, 1966, № 4,с. I9I-I96.

16. Лехов О.С. Динамические нагрузки в линии привода обжимных станов. М.: Машиностроение, 1975. 184 с.

17. Смирнов В.В., Яковлев Р.А. Механика приводов прокатных станов. М.: Металлургия, 1977. 216 с.

18. Адамия Р.Ш. Оптимизация динамических нагрузок прокатных станов. М.: Металлургия, 1978.

19. Иванченко Ф.К., Красношадко В.А. Динамика металлургических машин. М.: Металлургия, 1983. 295 с.

20. Monaco £ dynamics off юЦйпу miiC "Ma tkema-ticaE modeEs and ezf!>e it mental zesutts.hon and SteeE Engineei} 1377, л/12, р.ЗЗ-^в,

21. Белиловский E.C. и др. Система автоматического управления режимом захвата обжимного реверсивного прокатного стана. А.с. СССР J6 553020, опубл. в Б.И., 1977, № 13.

22. Гетманец В.В. и др. Система автоматического управления главным приводом обжимного стана. А.с. № 942835, опубл. в Б.И., 1982, № 26.

23. Целиков А.И. Теория расчета усилий в прокатных станах. М.: Металлургиздат, 1962. - 494 с.

24. Тягунов В.А. Режимы прокатки на реверсивных станах. М.: Металлургиздат, 1954. - 134 с.

25. Чекмарев А.П., Павлов В.Л., Мелешко В.И., Токарев В.А. Теория прокатки крупных слитков. М.: Металлургия, 1968. - 252 с,

26. Давильбеков Н.Х., Дылюк А.Г. Методика расчета параметров прокатки слитков на слябингах. Металлургия черных металлов. Вып. 2. - Алма-Ата. 1975, с. 106-109.

27. Харченко Г.И., Земенков А.А., Попов В.К. Соотношение оборотов валков универсальной клети слябинга. Металлург, 1976, № 6, с. 32-33.

28. Гребеник В.М., Цапко В.К. Надежность металлургического оборудования: Справочник. М.: Металлургия, 1980. 343 с.

29. Тарновский И.Я., Коцарь С.Л. Динамика захвата полосы прокатными валками. Известия вузов. Черная металлургия, 1964, № 7, с. 132-138.

30. Коцарь С.Л., Тарновский И.Я., Лехов О.С. Расчет динамических нагрузок в рабочей линии обжимных станов при захвате. Известия вузов. Черная металлургия, 1967, № 6, с. 69-76.

31. Корж В.П., Коцарь С.Л., Кирпиков Н.Л. и др. Прокатка тяжелых слитков на слябинге 1150 ММК. В сб.: Теория и технология прокатки. № 162. - Свердловск, 1967, с. 219-225.

32. Чумаков Ю.М. Исследование силового и кинематического взаимодействия валков слябинга. Канд. дисс.: Темиртау, 1969.

33. Ключев В.И. Ограничение динамических нагрузок электропривода. М.: Энергия, 1971. - 320 с.

34. Борисов A.M., Толмачев Г.Г., Левинтов С.Д., Маткин Н.С. Демпфирование механических колебаний в электроприводах постоянного тока с использованием магнитоупругих измерителей момента. Электротехническая промышленность. Электропривод, 1977, № 3, с. 9-12.

35. Файнберг М.Ю. и др. Способ уменьшения ударов в кинематической линии клети прокатного стана и устройство для его осуществления. А.с. СССР № 933146, опубл. в Б.И., 1982, В 21.

36. Вейнгер A.M. и др. Устройство для автоматического регулирования скоростей электродвигателей индивидуального привода валков прокатного стана. А.с. СССР № 220325, опубл. в Б.И., 1967, № 14.

37. Чиликин М.Г., Ключев В.И., Саццлер А.С. Теория автоматизированного электропривода. М.: Энергия, 1979. - 616 с.

38. Левинтов С.Д., Борисов A.M., Протасов А.П., Стасяк В.И., Поздеева М.В. Ряд бесконтактных измерителей крутящего момента. Приборы и системы управления, 1974, 10.

39. Иванов Г.М., Левин Г.М., Хуторецкий В.М. Автоматизированный многодвигательный электропривод постоянного тока, М,: Энергия, 1978. - 160 с.

40. Афанасьев В.Д. Автоматизированный электропривод в прокатном производстве. М.: Металлургия, 1977. - 278 с.

41. Куницкий Н.П. Электрооборудование прокатных цехов, М.: Металлургия, 1969. - 327 с,

42. Тимошенко С.П. Колебания в инженерном деле. М.: Физматгиз, 1967. - 444 с.

43. Ях Г.И. Исследование динамики главной линии блюминга 1150 Коммунарского металлургического завода. Труды ВНИИМЕТМАША. Сб. № 15. -М., 1965, с. 185-210.

44. Паяовко Я.Г., Губанова Н.И. Устойчивость и колебания упругих систем. М.: Наука, 1967. - 420 с.

45. Лукьянов С.И. Анализ влияния различных факторов на величину динамических нагрузок в линии привода рабочих валков слябинга 1150 ММК. Москва, 1983. - 22 с. Рукопись представлена МЭИ. Деп. в Информэлектро, 1983, 155 эт. - Д83.

46. Бычков В.П. Электропривод и автоматизация металлургического производства. М.: Высшая школа, 1977. - 391 с.

47. Чичигин В.А. Силовые и кинематические условия асимметричной прокатки на обжимных станах: Автореферат канд. дисс. -Свердловск: УПИ, 1968. 20 с.

48. Поляков В.Н. Статистическое исследование и математическое моделирование процесса прокатки на блюминге: Автореферат канд. дисс. Свердловск; УПИ, 1971. - 20 с.

49. Фрер Ф., Орттенбургер Ф. Введение в электронную технику регулирования. М.: Энергия, 1973. - 192 с.

50. Ильинский Н.Ф. Элементы теории эксперимента. М.: МЭИ, 1980. - 92 с.

51. Бычков М.Г., Лукьянов С.И. Экспериментальное исследование фрикционной связи металл-валок на слябинге 1150 ММК. Москва, 1983. - 20 с. Рукопись представлена МЭИ. Деп. в Информэлектро 1983, 156 эт - Д83.

52. Адлер Ю.П., Маркова Е.В., Грановский Ю.В. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий. М.: Наука, 1976. -279 с.

53. Ишшшмтеяь работы? Московский энергетический институт» Внедрение работы произведено на Нагштогорсжогл глетагаургнческш коыбл-дате шл. В«й«Дошта в Обвшдаоы цехе & 1»

54. Расчет экономического эффекта по ыорш цршгагаетоя на3 стр*от и э й:

55. Руководитель теш д.т«$*-дрофессорьйй/^- вл.ешшов

56. Ответственна исполнитель ассистент

57. Исполнитель ж*научн.сотрудник1. С • И. Лукьянов

58. От 11 Ш К г "Начальник обзашого цеха i? I

59. Пш.началышка ОД-I по электрооборудо^1. Поповаввог-латико 0Д-1 ^ВЛ#ДаншювшрШК дЖд^Роьзазан г.

60. Р А С Ч' Е Т . годового экономического эффекта от внедрения системы автоматического согласования работы аяектроприводов вертикальных валков ж индивидуаяышх роликов на, сля-. ' бинте 1150 ШК.

61. При захвате металла вертикальными ззалкаш сшшэдгся выбросы амплитуда упругого момента в валопроводе валков.

62. Итого: 18 ремонтов ЗкономичесхаШ: адект расчитывается по форцуле:

63. Кд 0,7 - коэсМащаент, учитнвагшцй доли эффекта сисстешсогласования в общей суше эконогжи. затрат па восстанови тельные ремонты и за;лену данного ыехаьжчссшого оборудованияв расчетном-1983 говдг,

64. Зо = 10000 руб. затраты по данному этапу теш Ш93/Д(2/80) у Eel - норглатдвнын коэ&шщаент эсТхТхзгскшности кашталышх злошзшй. • ■

65. Таким образом, шактический годовой экономический эййевяв.-qf внедрения снстеиы согласования работы аяектротшиводов зертнкальнну валков и шшшзшхтшшх рошшов слябинга 1150 составляет 9178 руб. 'j.

66. Данный расчет проведен согласно требованиям и'штодшш, изложенным в "Ичструки^ш: по определению окоиадгческой эффективности ■ использования в черной металлургии новой техники, изобретений и рационализаторских продатешй".1. ОТ ММК :начальника технического

67. Г.А.Баршев обшхшого цеха В Iот м э и г,

68. Руковод§тздь-тзш д.т.н.с:Зща|ессовhM^L-C^?^--, В.П»Бычкоб

69. Ответственный исполнитель ассистент-^ М.Г.Ешгаов

70. Исполнитель мл.науч.сотрудник1. С.И.Лукьянов ,1. Согласовано!

71. Начальник планово-экономического отдела Экономно* оскшшого цеха ВIi-rIt^Jeet f^JI* Лш.1арешсо