автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.03, диссертация на тему:Совершенствование автоматизированного электропривода непрерывного прокатного проволочного стана с четырехвалковыми калибрами

КОНТРОЛЬНЫЙ ЭКЗЕМПЛЯР

На правах рукописи

0034843и С

ПЕТУХОВА ОЛЬГА ИГОРЕВНА

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА НЕПРЕРЫВНОГО ПРОКАТНОГО ПРОВОЛОЧНОГО СТАНА С ЧЕТЫРЕХВАЛКОВЫМИ КАЛИБРАМИ

Специальность 05.09.03. - Электротехнические комплексы и системы

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

2 6 НОЯ 2009

Магнитогорск, 2009

003484307

Работа выполнена в ГОУ ВПО "Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова"

Научный руководитель -

кандидат технических наук, доцент РАДИОНОВ Андрей Александрович

Официальные оппоненты ■

доктор технических наук КРЫЛОВ Юрий Алексеевич

кандидат технических наук ГОЛОВИН Вячеслав Васильевич

Ведущее предприятие -

ОАО "Белорецкий металлургический комбинат", г. Белорецк

Защита состоится "24" декабря 2009 г. в 14 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, Челябинская обл., г. Магнитогорск, пр. Ленина, д.38, ауд. 227.

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, Челябинская обл., г. Магнитогорск, пр. Ленина, 38, Диссертационный совет Д 212.111.04.

Автореферат разослан "12" ноября 2009 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

-О

К.Э. Одинцов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Проволока является основной продукцией метизного производства. Она находит применение практически во всех отраслях промышленности и хозяйственной деятельности. Основным способом ее получения является волочение через монолитные либо роликовые волоки, а также холодная либо теплая прокатка в двух- или многовалковых калибрах.

В Магнитогорском государственном техническом университете на протяжении более 30 лет ведется работа по совершенствованию, как технологического процесса производства металлической проволоки, так и механического и электрического оборудования для него. В конце 70-х годов в условиях Белорецкого металлургического комбината был пущен в эксплуатацию пятиклетевой прокатный проволочный стан с четырехвалковыми калибрами. Техническое задание на изготовление технологического оборудования стана и его систем автоматизированного электропривода было выполнено силами ученых университета. За время эксплуатации электрическое оборудование получило серьезный физический износ, в результате чего с учетом также и моральной изношенности возникает вопрос о реконструкции стана в целом.

Очевидно, что при проведении комплексной реконструкции необходимо рассмотреть вопрос совершенствования системы автоматизированного электропривода. При этом необходимо учесть многолетний опыт эксплуатации оборудования, провести сравнительный анализ эффективности функционирования предложенных ранее вариантов построения систем автоматизированного электропривода, их влияние на технологическую стабильность его работы и на качество изготавливаемой проволоки.

Вышеизложенное позволяет сделать вывод об актуальности тематики, исследуемой в рамках диссертационной работы.

Цель работы. Целью диссертационной работы является разработка рекомендаций по совершенствованию автоматизированного электропривода пятикпе-тевого непрерывного прокатного проволочного стана в процессе его комплексной реконструкции.

Для достижения поставленной цели необходимо решение следующих основных задач:

- анализ состояния оборудования стана ОАО "БМК", достоинств и недостатков применяемых систем управления электроприводами непрерывных прокатных проволочных станов;

- анализ особенностей прокатки в клетях с четырехвалковыми калибрами, требований к электроприводам клетей непрерывных прокатных проволочных станов;

- разработка математической модели стана, его электромеханических систем с учетом взаимосвязи электроприводов через обрабатываемый металл как объекта управления;

- комплексные теоретические и экспериментальные исследования влияния электроприводов клетей стана на технологическую стабильность его работы и на качество изготавливаемой проволоки;

- разработка концепции построения и рекомендаций по технической реализации при реконструкции системы автоматизированного электропривода пятиклетевого стана с четырехвалковыми калибрами ОАО "Белорецкий металлургический комбинат".

Методы исследования. Теоретические исследования проводились с использованием аналитических и численных методов решения алгебраических

уравнений и систем дифференциального и интегрального исчисления, методов структурного моделирования. Разработанные алгоритмы реализованы в виде программных модулей для пакета визуального программирования SIMULINK математического пакета MATLAB, а также математического пакета MS Excel. Экспериментальные исследования проводились в промышленных условиях на действующем пятиклетевом прокатном стане путем прямого осциллографирования основных параметров с последующей их обработкой.

Научная новизна разработок заключается в создании новой системы автоматизированного электропривода непрерывного прокатного проволочного стана, реализующего прокатку в клетях с четырехвалковыми калибрами.

Теоретически обоснованы и экспериментально подтверждены уточненные технологические требования к электроприводам прокатных клетей.

Предложено математическое описание, разработаны структурные схемы и создан программный продукт для моделирования работы электроприводов прокатного проволочного стана с учетом их взаимосвязи через обрабатываемый металл.

Предложена новая концепция построения автоматизированного электропривода непрерывного прокатного стана с многовалковыми калибрами, разработаны алгоритмы и системы его управления, реализующие требования по точности регулирования скорости прокатки, обеспечения межклетевых натяжений в диапазоне, достаточном для реализации условий непрерывной прокатки, а также косвенного регулирования размеров проката.

Теоретически и экспериментально доказано, что предложенные системы автоматизированного электропривода обеспечивают выполнение технологических требований с заданной точностью во всех режимах работы.

Практическая ценность и реализация работы состоит в том, что в результате проведенных теоретических и экспериментальных исследований:

- созданы технические предпосылки для осуществления комплексной реконструкции действующего прокатного стана, обеспечивающего гибкое, энергоэффеюив-ное производство проволоки;

- разработан автоматизированный электропривод клетей прокатного проволочного стана, обеспечивающий непрерывный процесс прокатки и отличающийся более высокими эксплуатационными характеристиками по сравнению с используемыми ранее системами автоматизированного электропривода;

- результаты диссертационной работы переданы в ОАО "Белорецкий металлургический комбинат* для использования при проведении реконструкции стана, а также в ОАО "Магнитогорский ГИПРОМЕЗ", где приняты к использованию при проектировании прокатного оборудования.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается правомерностью принятых исходных положений и предпосылок, корректным применением методов математического моделирования, применением классических методов теории электропривода и теории автоматического управления, экспериментальными исследованиями системы электропривода в промышленных условиях.

К защите представляются следующие основные положения:

1. Уточненные технологические требования к электроприводам непрерывного прокатного стана с многовалковыми калибрами.

2. Математическая модель пятиклетевого прокатного стана с четырехвалковыми

калибрами как объекта управления, учитывающая взаимосвязь технологических параметров процесса деформирования металла с его энергосиловыми параметрами, а также взаимосвязь электроприводов через обрабатываемую проволоку. 3 Результаты теоретических и экспериментальных исследований статических и динамических свойств электромеханических систем непрерывного прокатного проволочного стана с четырехвалковыми калибрами и автоматизированного электропривода его клетей.

4. Рекомендации по реконструкции системы автоматизированного электропривода пятиклетевого стана с четырехвалковыми калибрами ОАО "Белорецкий металлургический комбинат" в виде концепции построения автоматизированного электропривода, систем и алгоритмов управления электроприводами прокатных клетей.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на: IV международной (XV Всероссийской) конференции по автоматизированному электроприводу "Автоматизированный электропривод в XXI веке: пути развития" (г. Магнитогорск, 2004 г.); на научно-технических семинарах кафедры электропривода и автоматизации промышленных установок (2005-2009 г.г.) и объединенном научном семинаре энергетического факультета и факультета автоматики и вычислительной техники ГОУ ВПО "Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова" (сентябрь 2009 г.); 65-й научно-технической конференции по итогам научно-исследовательских работ за 2007-2008 г.г. (МГГУ, март 2009 г.).

Публикации. Основное содержание работы опубликовано в 12 печатных трудах, в том числе 1-ой монографии, 10-ти статьях (3-х в ведущих рецензируемых научных журналах, рекомендованных Высшей аттестационной комиссией Минобразования России), 1-ом свидетельстве о регистрации программы.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 80 наименований и 2 приложений. Работа изложена на 123 страницах машинописного текста, в том числе содержит 33 рисунка и 7 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы, сформулированы цель и основные задачи исследований.

В первой главе на основе патентно-литературных исследований дан анализ способа производства проволоки методом холодной прокатки в четырехвалковых калибрах, приведены особенности процесса непрерывной прокатки в них. Рассмотрена конструкция, состав электрооборудования и особенности работы непрерывного пятиклетевого стана. На рис. 1 приведена схема расположения оборудования стана.

В результате изучения технологии производства проволоки, а также состояния механического и электрического оборудования и оценки возможности его дальнейшей эксплуатации показана перспективность применения процессов прокатки в многовалковых калибрах для обработки труднодеформируемых и малопластичных сталей. Кроме того, выявлена существенная физическая и моральная изношенность электрической части оборудования и необходимость его замены. На основе изучения опыта промышленной эксплуатации в условиях ОАО "Белорецкий металлургический комбинат" определены достоинства и недостатки из-

вестных систем автоматизированного электропривода клетей прокатных станов с многовалковыми калибрами.

Рис 1. Схема расположения технологического оборудования: 1, 2 - разматыватели с катушки и с бунта; 3- правильнозадающее устройство; 4 - сварочное устройство; 5 - накопитель; 6 - индуктор; 7 - прокатные клети; 8 - приводные двигатели клетей; 9 - охлаждающие секции; 10 - моталка

Экспериментально в результате длительной промышленной эксплуатации уточнены ранее теоретически обоснованные технологические требования к электроприводам непрерывного проволочного прокатного стана с многовалковыми калибрами. Основными из уточненных требований являются:

- скорость заправки не должна превышать 0,02...0,05 м/с;

- для черновых клетей при прокатке с незаполнением калибров натяжения должны поддерживаться в диапазоне, обеспечивающем условия непрерывной прокатки и исключающем как появление петли в межклетевом промежутке, так и пробуксовку валков клетей;

- для чистовых клетей станов, предназначенных для производства круглой передельной проволоки, верхний предел изменения натяжений определяется допустимой овальностью готовой проволоки, а нижний - отсутствием переполнения калибров;

- в целом системы управления автоматизированными электроприводами должны обеспечить поддержание межклетевых удельных натяжений в диапазоне

0.05...0.6 от предела текучести материала проката.

Выполнено обоснование применения при реконструкции стана системы преобразователь частоты - асинхронный короткозамкнутый двигатель с индивидуальным для двигателей каждой прокатной клети инвертором и общим выпрямителем.

Вторая глава диссертационной работы посвящена разработке математического описания непрерывного пятиклетевого прокатного стана с четырехвапковы-ми калибрами как объекта управления с учетом взаимосвязи электроприводов через обрабатываемую проволоку, составлению структурных схем математических моделей, разработке программного продукта для автоматизированного анализа и теоретического исследования динамических свойств электромеханических систем стана.

В качестве рабочей гипотезы принята гипотеза плоских сечений, экспериментально подтвержденная в работах многих авторов. Связь между нормальными и касательными напряжениями описывается или законом сухого трения Амонто-на-Кулона, или законом Зибеля.

При разработке математических моделей были сделаны следующие основные допущения:

1. В очагах деформации многовалкового калибра:

- кривая упрочнения аппроксимируется прямой;

- коэффициент трения по дуге захвата считается постоянным;

- распределение удельного давления по ширине калибра принимается равномерным;

- дуга захвата заменяется хордой.

2. В промежутках между очагами деформации:

- в установившемся процессе линейные скорости всех участков проката в межклетевом промежутке, если он в этом промежутке пластически не деформируется, равны;

- клети стана абсолютно жесткие, т.е. обжатия в клетях не зависят от натяжений;

- коэффициент трения, предел текучести металла, размеры подката неизменны;

- упругие деформации от межклетевых натяжений в очаг деформации не передаются.

В основу построения математической модели очага деформации был положен закон равновесия сил в элементарном объеме очага деформации при прокатке в четырехвалковом калибре (см. рис. 2)

сгх-Ох -(сгх -¿о-х)-((Зх -йС1х)+8-рг 2Х -(д(ах)-с/х±8-г-2х -с7х = 0, (1)

где рг, т - нормальное (радиальное) и касательное напряжения; 0„ - площадь поперечного сечения металла с координатой х\ - половина ширины контакта металла с валком в поперечном сечении с координатой х; о* - продольное напряжение; оф - сопротивление деформации; о?, аг, аз - главные напряжения. Здесь знак"+" относится к зоне опережения, а к зоне отставания.

а также уравнение пластичности в виде

(о-, ~о-2)2 + (а2 -а3)2 +{<х3-(т1)2 =2-стф.

(2)

+У

г

Рис. 2. Схема сил, действующих на элементарный объем в зоне отставания очага деформации прокатной клети с четырехвалковым калибром

На рис. 3 приведена укрупненная структурная схема разработанной математической модели. Предложенное математической описание позволило установить взаимосвязь давления металла на валки Р , момента прокатки М и опережения металла в очаге деформации я в виде сложных нелинейных функций входного и выходного размера полосы О и от, коэффициента трения А предела текучести исходной заготовки стз, переднего и заднего натяжений Р», Го

Р, = ^(О,,aj.fi,а^.Ро/Д,-;

М; = ■ ■ (3)

С целью линеаризации этих уравнений в рабочем диапазоне изменения рассматриваемых координат был выполнен переход от абсолютных значений Р/, /Ц, в, к их приращениям. В этом случае система (3) приняла вид

/Р} ■ Ю; +с2>/• +сзгЛт5/ +с4>/ +с5/

Щ +С7уАа-, +С8;-Л; +с9/ +Сщ/ ■ ^ +С11;, • ¿Ру (4)

/£/ -/Ю/ +С73/ -/Ц- +с74; -4- +с1Щ-Лт51 +с,ф- •/% +сд/ где С,/...С|7/ -технологические коэффициенты (частные производные)

ЭР 5Р ВР

ЭО

с, =■

1-Ск

дР

да

с4=-

дР дР0

1-ск-

дм

дР

да

,с2=-

с5

дР да

Ж 1-ск

дР

дР

1 ~ С к '

да

>с3

_

1-ск

дР'

да

дМ дМ

да'

°8 =

с13

дБ да

.44

дМ дм дМ дБ

да3 >4о и .41 ~~ до'

дБ дБ

п .45 н си • 4б дЬ0 "дР,

(5)

численные значения которых для исследуемого стана были рассчитаны в работе.

Разработанное математическое описание межклетевых промежутков устанавливает связь натяжения в / -ом промежутке Г, (после / -ой клети) с упругим удлинением полосы в соответствии с законом Гука

/7 = Б • О/ • Е; (6)

и связь натяжения со скоростью металла в межклетевом промежутке в соответствии с зависимостью

Ь = • \fVUi - Ч М + Ь.иеч • (7)

'/ о

где Е - модуль упругости полосы; О, - поперечное сечение полосы в /' -ом промежутке; Е, - относительное упругое удлинение в / -ом промежутке; /, - расстояние

между осями валков смежных клетей.

Рис. 3. Структурная схема комплексной математической модели непрерывного прокатного стана с четырехвалковыми калибрами

Математические описания системы ПЧ-АД, либо ТП-Д, а также редукторов в реализованной модели - подобны известным.

Разработанная обобщенная динамическая модель непрерывного прокатного стана с четырехвалковыми калибрами как объекта управления с учетом взаимосвязи электроприводов через проволоку реализована в виде программных модулей для пакета визуального программирования 81М1Л1ЫК математического пакета МАТЬАВ 6.0.

В третьей главе приведены результаты теоретических и экспериментальных исследований процесса непрерывной прокатки проволоки в клетях с четырехвалковыми калибрами как объекта управления. Дан анализ адекватности разработанного математического описания реальному стану с четырехвалковыми калибрами.

На рис. 4 показаны наиболее характерные результаты экспериментальных исследований давления металла на валки в зависимости от особенностей процесса

Рис. 4. Результаты экспериментальных исследований давления металла на валки при прокатке в

четырехвалковых калибрах: а, б, в, г - в зависимости от температуры проката, его скорости, единичной и суммарной вытяжки, для сталей 70, Р6М5, Х18Н9Т, г У12А -1, 2, 3, 4 соответственно

Р,кН 10 8 6 4 2 0

5-ая

прокатки из различных марок сталей. Выявлено, что наиболее значимое влияние на геометрические размеры готовой проволоки оказывают межклетевые натяжения и размеры исходной заготовки. Показано, что повышение точности профиля может быть достигнуто как за счет усовершенствования конструкции клетей стана, так и за счет совершенствования системы автоматизированного электропривода этих клетей.

На стане были опробованы все известные и описанные в гл.1 диссертации системы управления электроприводами проволочных прокатных станов. Анализ опыта их эксплуатации позволил сделать аргументированные выводы по их пригодности и надежности функционирования, а также послужил отправной точкой для разработки рекомендаций по совершенствованию автоматизированных электроприводов пяти-клетевого прокатного стана с многовалковыми калибрами.

В результате проведенного анализа теоретических исследований пятиклетевого стана как электромеханической системы на математической модели и экспериментальных исследований стана в производственных условиях подтверждена адекватность разработанного математического описания реальному технологическому объекту. Исследования автоматизированных электроприводов стана в промышленных условиях и на математической модели показали идентичность характера изменения исследованных координат при расхождении в их количественных значениях: в статических режимах работы не более 8,7 %, а в динамических - до 27.. .28%.

Рекомендовано разработанную математическую модель использовать при синтезе новых систем регулирования автоматизированных электроприводов стана.

В четвертой главе разработаны рекомендации по совершенствованию электропривода пятиклетевого стана с четырехвалковыми калибрами ОАО "Белорецкий металлургический комбинат". Предложена концепция построения автоматизированного электропривода. Реализацию противоречивых требований по точности регулирования скорости прокатки и обеспечения межклетевых натяжений в диапазоне, достаточном для реализации условий непрерывной прокатки рекомендовано выполнить применением принципа разделения электроприводов на один ведущий и остальные ведомые. Укрупненная функциональная схема разработанной системы электропривода представлена на рис. 5.

В качестве ведущего электропривода, обеспечивающего требование по точности регулирования скорости, рекомендовано использовать электропривод второй клети. Выбор в пользу именно этого двигателя сделан на основе исследований, результаты которых могут быть проиллюстрированы рис. 6. В случае, если в качестве ведомого привода будет использован двигатель последней клети, то при возмущающих воздействиях в виде изменения входного размера, коэффициента трения, предела текучести металла будет наблюдаться перерегулирование выходного размера в первых клетях стана (рис. 6, а). При использовании в качестве ведущей 4-ой, предпоследней, клети (рис. 6, б), отклонение выходного размера составит 0,04 мм. При 3-ей (рис. 6, в) - 0,003 мм; при 2-ой или 1-ой (рис. 6, г, д) - не более 0,00015 мм. Таким образом, применение электропривода 2-ой клети в качестве ведущего, задающего скорость прокатки проволоки на стане, не только обеспечивает необходимую точность размеров передельной проволоки, но и улучшает этот показатель в 2...3 раза.

На электроприводы же остальных клетей возложены задачи косвенного регулирования размеров проката. Схема работает следующим образом. На этапе заправки проволоки реализуется ручное управление электроприводами стана, которые при этом имеют одинаковые двухконтурные системы регулирования скорости. Ручной режим остается в работе и после заправки проволоки, когда стан от общего задатчика интенсивности разгоняется до заправочной скорости. В этом режиме в случае необ-

I

Рис. 5. Укрупненная функциональная схема автоматизированного электропривода непрервыного прокатного проволочного стана с четырехвалковыми калибрами

ходимости оператор вручную осуществляет корректировку сигналов задания на скорость, исключая как образование петли в межклетевых промежутках, так и повышенное натяжение. Добившись устойчивого режима работы стана, оператор дает команду на запоминание величин электромагнитных моментов на валу приводных двигателей ведомых клетей, которые в дальнейшем при переключении системы в автоматический режим работы будут являться сигналами задания на момент. Далее по команде оператора вводятся в работу регуляторы моментов прокатки и осуществляется разгон стана до рабочей скорости.

Л О, мм

0,075 0,05 0,025 О

-0,025 -0,05

0,01 0,075 0,05 0,025 О

-0,025

т'*— г''

5

Рис. 4.3. Влияние номера ведущей клети на выходные размеры по клетям при отклонении диаметра входного сечения на 0,8 мм: а, б, в, г, д - при ведущей 5-ой, 4-ой, 3-ей, 2-ой и 1-ой клети, соответственно

0,025 О

-0,025 -0,05 -

Сущность способа состоит в поддержании статических моментов двигателей клетей, кроме одной, постоянными, независимо от изменения технологических условий. При изменении технологических параметров (поперечного сечения исходной заготовки, коэффициента трения, предела текучести металла) эффект постоянства момента достигается за счет изменения межклетевых натяжений в ту или другую сторону. При этом изменения натяжений способствуют уменьшению колебаний давления металла на валки, а значит и уменьшению продольной разнотолщинности раската, вызванного изменением технологических параметров.

Предложены к реализации системы регулирования электроприводов прокатных клетей, представляющие собой системы подчиненного регулирования координат с внутренним контуром тока и внешними контурами регулирования скорости и потокосцепления. В ведомых электроприводах систему регулирования скорости следует использовать исключительно во вспомогательных режимах работы (заправки, аварийной остановки и др.). При работе стана в режиме прокатки система управления является трехконтурной с внешним контуром регулирования момента прокатки. Настройку всех контуров регулирования систем управления электроприводов рекомендовано выполнить на модульный оптимум.

Выполнен синтез регулятора момента прокатки систем управления ведомых электроприводов. Для этого проведены преобразования структурной схемы электроприводов, учитывающей их взаимосвязь через обрабатываемый прокат. Предложена передаточная функция регулятора момента прокатки

м/ _1£_I__ф _ имп ,„ /о\

РМЛ~ 4.Тпч.кот.^.(1 + з).й р- р а' (8)

где рп, Кг - число пар полюсов и коэффициент обмотки ротора двигателя; <//,- пото-косцепление; / - передаточное число редуктора; кос, кот - коэффициенты обратной связи по скорости и току; Тт - постоянная времени преобразователя частоты; /?э -эквивалентное сопротивление обмотки статора; Я - катающий радиус прокатного валка; в - опережение; с5- технологический коэффициент.

Разработана методика выбора мощности двигателей клетей, основанная на аналитическом определении момента прокатки по зависимости

M-R-

м

где R - радиус валков; пв - число валков; ju - вытяжка в клети; аср = (omit + Omo)l2 -среднее значение предела текучести металла; ото, атк - начальное и конечное значения предела текучести; f- коэффициент трения; Q0 - сечение полосы до прокатки; Qr - сечение полосы после прокатки; Qm - площадь контакта с валками; сто, Oi -удельные заднее и переднее натяжения.

На специально созданной компьютерной программе выполнен расчет и для используемых режимов прокатки обосновано применение двигателей мощностью 180 кВт с номинальной скоростью вращения 1450... 1500 об/мин.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ ПО ДИССЕРТАЦИИ

1. В результате анализа технологии прокатки на станах с многовалковыми калибрами, опыта эксплуатации пятиклетевого стана с четырехвалковыми калибрами, а также принципов работы известных систем управления электроприводами показано, что наиболее перспективным является процесс изготовления проволоки путем ее

прокатки на непрерывных станах с четырехвалковыми калибрами. Анализ состояния электрооборудования пятиклетевого прокатного стана с четырехвалковыми калибрами, эксплуатируемого на ОАО "Белорецкий металлургический комбинат", показал высокую степень его изношенности и необходимость комплексной реконструкции.

2. Экспериментально, на основе изучения опыта длительной промышленной эксплуатации, уточнены ранее теоретически обоснованные технологические требования к электроприводам непрерывного проволочного прокатного стана с многовалковыми калибрами.

3. Предложено математическое описание, разработаны структурные схемы и создана программа для ПЭВМ, реализующая динамическую математическую модель непрерывного прокатного ствна с четырехвалковыми калибрами как электромеханической системы с учетом взаимосвязи электроприводов через обрабатываемую проволоку. В результате проведенного анализа теоретических исследований пятиклетевого стана как электромеханической системы на математической модели и экспериментальных исследований стана в производственных условиях подтверждена адекватность разработанного математического описания реальному технологическому объекту.

4. Анализ результатов экспериментальных исследований влияния технологических параметров на продольную разнотолщинность проката позволил установить, что:

- наиболее значимое влияние на геометрические размеры готовой проволоки оказывают межклетевые натяжения и размеры исходной заготовки;

- повышение точности профиля может быть достигнуто как за счет усовершенствования конструкции клетей стана, так и за счет совершенствования системы автоматизированного электропривода этих клетей.

5. Экспериментальные исследования известных систем автоматизированного электропривода непрерывных прокатных проволочных станов показали, что при рассмотрении вопроса совершенствования электропривода стана с четырехвалковыми калибрами предпочтение следует отдать системе, обеспечивающей косвенное регулирования размеров проката. Системы, построенные по подобному принципу, являются наименее восприимчивыми к таким возмущающим воздействиям как непостоянство сечения исходной заготовки, изменение коэффициента трения и сопротивления деформации и обеспечивают большую стабильность геометрических размеров готовой проволоки.

6. Разработан новый способ построения автоматизированного электропривода пятиклетевого прокатного проволочного стана с четырехвалковыми калибрами. Реализацию противоречивых требований по точности регулирования скорости прокатки и обеспечения межклетевых натяжений в диапазоне, достаточном для реализации условий непрерывной прокатки, рекомендовано выполнить применением принципа разделения электроприводов на один ведущий и остальные ведомые. Обосновано, что в качестве ведущего электропривода, обеспечивающего требование по точности регулирования скорости, следует использовать электропривод второй клети. Электроприводы же 1-ой, 3-ей, 4-ой и 5-ой клетей должны стабилизировать момент прокатки и тем самым выполнять функцию косвенного регулирования размеров проката.

7. Предложены к реализации системы регулирования электроприводов прокатных клетей, представляющие собой системы подчиненного регулирования координат с внутренним контуром тока и внешними контурами регулирования скорости и пото-косцепления. В ведомых электроприводах систему регулирования скорости рекомендовано использовать исключительно во вспомогательных режимах работы (заправки,

аварийной остановки и др.). При работе стана в режиме прокатки система управления является трехконтурной с внешним контуром регулирования момента прокатки. Выполнен синтез регулятора момента прокатки и предложена его передаточная функция.

8. Рекомендована методика выбора мощности электродвигателей прокатных клетей стана с многовалковыми калибрами, основанная на аналитических зависимостях расчета момента прокатки в зависимости от технологических параметров и режимов. Создано специализированное программное обеспечение для автоматизированного расчета мощности приводных электродвигателей. Выполнен расчет и обосновано применение двигателей мощностью 180 кВт с номинальной скоростью вращения 1450...1500 об/мин.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Автоматизированный электропривод непрерывных прокатных станов с многовалковыми калибрами: Монография / И.А. Селиванов, О.И. Петухова, Е.Э. Бодров, И.В. Суздапев -Магнитогорск: ГОУ ВПО "МГТУ", 2007. - 250 с.

2. Синтез систем подчиненного регулирования параметров на непрерывных прокатных станах / И.А. Селиванов, О.И. Петухова, A.A. Радионов, И.В. Суздалев // Изв. вузов. Электромеханика. № 1, 2009. С. 21-24.

3. Математическое моделирование системы управления непрерывным прокатным станом при питании ведомой клети от источника тока / И.А. Селиванов, О.И. Петухова, A.A. Радио-нов, И.В. Суздалев//Изв. вузов. Электромеханика. № 1, 2009. С. 25-27.

4. Синтез систем регулирования непрерывных станов с многовалковыми калибрами ИА Селиванов, О.И. Петухова, ЕЭ. Бодров, И.В. Суздалев//ВестникЮУРГУ. № 15 (148), 2009. С. 60-63.

5. Исследование энергосиловых параметров и расчет мощности приводных двигателей непрерывных станов с многовалковыми калибрами / И.А. Селиванов, О.И. Петухова, И.В. Суздалев // М.: 2008. Деп. в ВИНИТИ 31.01.08, № 67-В2008. - 29 с.

6. Петухова О.И., Селиванов И.А., Суздалев И.В. Матричная модель непрерывного стана холодной прокатки // Электротехнические системы и комплексы: Межвуз. сб. науч. тр. - Магнитогорск: МГТУ, 2008. Вып. 15. С. 126-136.

7. Петухова О.И., Селиванов ИА., Суздалев И.В. Описание взаимодействия клетей непрерывного стана через прокатываемый металл // Электротехнические системы и комплексы: Межвуз. сб. науч. тр. - Магнитогорск: МГТУ, 2008. Вып. 15. С. 137-141.

8. Петухова О.И., Селиванов И.А., Суздалев И.В. Исследование систем управления непрерывного стана на математической модели при разделении клетей на ведомые и ведущие II Электротехнические системы и комплексы: Межвуз. сб. науч. тр. - Магнитогорск: МГТУ, 2008. Вып. 15. С. 148-155.

9. Петухова О.И., Радионов A.A. Расчет мощности приводных двигателей непрерывных станов с многовалковыми калибрами // Электротехнические системы и комплексы: Межвуз. сб. науч. тр. - Магнитогорск: МГТУ, 2008. Вып. 15. С. 155-163.

10. Петухова О.И., Радионов A.A. Результаты проверки адекватности математичсекой модели непрерывного стана с многовалковыми калибрами // Электротехнические системы и комплексы: Межвуз. сб. науч. тр. - Магнитогорск: МГТУ, 2008. Вып. 15. С. 163-171.

11. Системы регулирования непрерывных станов с многовалковыми калибрами / И.А. Селиванов, О.И. Петухова, Е.Э. Бодров, И.В. Суздалев II Вестник МГТУ. №4, 2009. С. 55-59.

12. Св-во об официальной регистрации программы для ЭВМ № 2006614113. Моделирование статических и динамических режимов работы прокатного проволочного стана с четы-рехвалковыми калибрами / Радионов A.A., Петухова О.И., Малахов О.С., Линьков С.А.; заявитель и патентообладатель ГОУ ВПО "Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова". - № 2006613329; заявл. 03.10.06; зарегистр. 01.12.06.

Подписано в печать 26.10.2009. Формат 60x84 1/16. Бумага тип. №1.

Плоская печать. Усл. печ. л. 1,00. Тираж 100 экз. Заказ 789

455000, г. Магнитогорск, пр. Ленина, 38 Полиграфический участок ГОУ ВПО «МГТУ»

Введение.

ГЛАВА 1. ХАРАКТЕРИСТИКА ПЯТИКЛЕТЕВОГО СТАНА С ЧЕТЫРЕХВАПКОВЫМИ КАЛИБРАМИ И СИСТЕМ РЕГУЛИРОВАНИЯ ЕГО АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА.

1.1. Способы производства проволоки, их достоинства и не- 10 достатки.

1.2. Конструкция пятиклетевого стана с четырехвалковыми калибрами. Особенности процесса,прокатки с многовалковыми калибрами:.

1.3. Технологические требования, предъявляемые к автоматизированным электроприводам стана:.

1.4. Достоинства и недостатки применяемых систем управления электроприводами непрерывных прокатных станов.

1.4.1. Электропривод со стабилизацией скорости вращения.:.

1.4.2. Электропривод с системой стабилизации межклетевых натяжений.

1.4.3. Электропривод с системой косвенного регулирования межклетевых натяжений.

1.4.4. Системы стабилизации размеров проката:.

1.5. Обоснование типа электропривода.

1.6. Выводы и постановка задачи^исследований.

ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ НЕПРЕРЫВНОГО ПРОКАТНОГО СТАНА С ЧЕТЫРЕХВАЛКОВЫМИг КАЛИБРАМИ!.

2.1. Математическое описание.очага деформации:четырех-валкового калибра.

2.1.1. Система калибров "круг - неполный квадрат".

2.1.2. Система калибров "неполный квадрат - неправильный восьмиугольник".

2.1.3. Система калибров" неправильный'восьмиугольник

- неправильный восьмиугольник".

2.2. Математическое описание взаимодействия очагов деформации непрерывного стана через прокатываемый металл.

2.3. Математическое описание линеаризованной динамической модели электропривода прокатной клети.

2.3.1. Уравнения для определения давления металла на валки; момента прокатки и опережения металла.

2.3.2. Уравнение транспортного запаздывания.

2.3.3. Описание силовой части электропривода.

2.4. Структурная схема комплексной математической модели непрерывного прокатного стана с четырехвалковыми калибрами.

2.5. Выводы.

ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ СИСТЕМ НЕПРЕРЫВНОГО ПРОКАТНОГО СТАНА С ЧЕТЫРЕХВАЛКОВЫМИ КАЛИБРАМИ.

3.1. Влияние условий прокатки на изменение размеров поперечного сечения проката.

3.2. Экспериментальные исследования известных систем автоматизированного электропривода.

3.3. Проверка адекватности математической модели непрерывного прокатного стана с четырехвалковыми калибрами.

3.4. Выводы.

ГЛАВА 4. РАЗРАБОТКА РЕКОМЕНДАЦИЙ™ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЮ ЭЛЕКТРОПРИВОДА ПРОКАТНОГО ПРОВОЛОЧНОГО СТАНА С ЧЕТЫРЕХВАЛКОВЫМИ КАЛИБРАМИ.

4.1. Концепция построения автоматизированного электропривода стана с четырехвалковыми калибрами.

4.2. Описание структурной схемы ведущего электропривода.

4.3. Описание структурной схемы ведомого электропривода.

4.4. Рекомендации по выбору мощности приводных электродвигателей. 99'

4.5. Выводы.

Одной из важнейших задач металлургических предприятий России в современных экономических условиях является всемерная интенсификация производства на основе внедрения инновационных решений в области техники и технологий: В метизной промышленности, в первую очередь, это касается повышения качества выпускаемой продукции, освоения производства новых, профилей из высокоуглеродистых и специальных сталей и сплавов, обладающих комплексом разнообразных свойств: высокой прочностью и в тоже время достаточной плаг стичностью, жаропрочностью, высоким сопротивлением коррозии в агрессивных средах, повышенными характеристиками электрических и магнитных свойств. Производство продукциииз таких сталей и сплавов традиционным методом волочения оказывается весьма трудоемким; а в ряде случаев вообще невозможным [1-3].

Альтернативным способом производства проволоки, является ее прокатка.в двух- либо многовалковых калибрах, позволяющая не только снять ограничения единичных обжатий^прочностью переднего конца, но и повысить скорость обработки и. энергетическую эффективность производственного процесса в целом:

Применение способа прокатки в клетях с двухвалковыми'калибрами для производства проволоки различного назначения не получило широкого распространения. Многолетний опыт освоения-двенадцатик-летевого непрерывного стана с двухвалковыми калибрами конструкции ВНИИМЕТМАШа показал, что данный способ производства проволоки из малопластичных сталей и сплавов характеризуется» существенными недостатками и малоперспективен.

За рубежом:для производства гладкой и профилированной арматурной проволоки широкое распространение получили станы с многовалковыми калибрами. В работах^ [4-6] отмечается целесообразность применения их для холодной и.теплой прокатки проволоки из.углеродистых сталей, несмотря на,сложность конструкции деформирующего устройства. Использование многовалковых калибров обеспечивает создание благоприятной схемы напряженно-деформированного состояния, позволяет получать более точные по форме и размерам профили по сравнению с двухвалковыми калибрами.

Учеными Магнитогорского горно-металлургического института были разработаны и доведены до внедрения на Белорецком металлургическом комбинате непрерывные станы с трех- и четырехвалковыми калибрами. Основные результаты теоретических исследований и опыт промышленного внедрения этих станов изложен в трудах М.И. Бояр-шинова, М.Г. Полякова, Б.А. Никифорова, И.А. Селиванова [1, 4, 5, 7-9]. Известны так же работы В.Н: Выдрина, Л.А. Баркова, A.B. Соловьева, В.М. Клименко, Г.А. Гладкова и*др. [10-14]. Отличительной особенностью станов с многовалковыми'калибрами является их хорошая, выравнивающая способность продольной разнотолщинности раската, а также малое влияние Hai точность размеров проката изменения таких технологических параметров, как размер исходной заготовки, коэффициент трения, межклетевые натяжения и др. [1].

Электропривод прокатных проволочных станов был реализован по индивидуальному принципу на основе системы тиристорный преобразователь - двигатель постоянного тока. Стремление сделать системы электропривода прокатных станов конкурентоспособными с электроприводом прямоточных волочильных станов обусловило разработку нового способа управления непрерывными станами, отличающегося от традиционного тем, что управляющие сигналы воздействуют не на скорости приводных двигателей; а на их электромагнитные моменты. Системы регулирования, реализующие этот способ, отличаясь простотой и отсутствием датчиков технологических величин по выравниванию продольной разнотолщинности, превосходят системы стабилизации межклетевых натяжений. При разработке системэлектропривода в качестве исходных были использованы труды Н.Ф. Ильинского, посвященные созданию теории электроприводов по системе источник тока - двигатель и их практическому применению на агрегатах непрерывного действия [15, 16].

В настоящее время станы отработали уже более 30 лет. Инженерными службами комбината отмечается сильная степень изношенности установленного электрооборудования. И- в виду его частых отказов руководством предприятия поставлена задача о проведении комплексной» реконструкции стана, и в первую очередь его электроприводов и системы автоматизации.

Целью настоящей диссертационной работы является совершенствование автоматизированного электропривода непрерывного пятикле-тевого прокатного стана с четырехвалковыми калибрами, обеспечивающего повышение надежности работы электрооборудования стана и повышение конкурентоспособности изготавливаемой проволоки.

Проведенные автором исследования базировались как на работах известных отечественных и зарубежных научных школ и специалистов, в области автоматизированного электропривода, непрерывных проволочных станов и в области обработки металлов давлением, так и на результатах экспериментальных исследований и систематизации многолетнего опыта работы стана в условиях Белорецкого металлургического комбината.

Вопросу создания систем автоматизированного электропривода» непрерывных проволочных прокатных станов посвящены работы многих авторов [7, 17-23]. 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 требуемый режим межклетевых натяжений [17-20]. Опыт эксплуатации подобных систем на проволочных станах показал их низкую надежность работы. Более эффективными оказались автоматизированные электроприводы с системами прямого, либо косвенного регулирования межклетевых натяжений, а также системы стабилизации размеров.проката [7, 24-26].

При математическом описании непрерывных станов как многосвязных объектов регулирования в качестве исходных были использованы труды H.H. Дружинина, В.П. Бычкова, A.C. Филатова, В.Г. Моро-зовского, Ю.М. Файнберга, О.В. Слежановского, И.А. Селиванова, A.A. Радионова и др. [8, 17-19, 27-30].

Для достижения поставленной цели необходимо решение следующих задач:

- обобщение опыта эксплуатации станов с многовалковыми калибрами, выявление недостатков в работе систем автоматизированного электропривода клетей и способов их устранения, анализ обоснованности сформулированных ранее технологических требований и при необходимости уточнение их;

- разработка математического описания стана, его электромеханических систем с учетом взаимосвязи электроприводов через обрабатываемый металл как объекта управления;

- проведение комплексных теоретических и экспериментальных исследований влияния электроприводов клетей стана на технологическую стабильность его работы и на качество изготавливаемой проволоки;

- разработка рекомендаций по реконструкции системы автоматизированного электропривода пятиклетевого стана с четырехвалковыми калибрами ОАО "Белорецкий металлургический комбинат".

Результаты решения поставленных задач отражены в четырех главах диссертации.

В первой главе на основе патентно-литературных исследований дан анализ способа производства проволоки методом холодной прокатки в четырехвалковых калибрах, приведены особенности процесса непрерывной прокатки в них. Рассмотрена конструкция, состав электрооборудования и особенности работы непрерывного пятиклетевого стана. В результате изучения технологии производства проволоки, а также состояния механического и электрического оборудования и возможности его дальнейшей эксплуатации показана перспективность применения процессов прокатки в многовалковых калибрах для обработки труднодеформируемых и малопластичных сталей. Кроме того, выявлена существенная физическая и моральная изношенность электрической части оборудования и необходимость его замены. На основе изучения опыта длительной промышленной эксплуатации определены достоинства и недостатки известных систем автоматизированного электропривода клетей прокатных станов с многовалковыми калибрами, уточнены технологические требования к ним. Выполнено обоснование применения при реконструкции стана системы автоматизированного электропривода по типу преобразователь частоты - асинхронный короткозамкнутый двигатель. Определены задачи исследований.

Во второй главе представлено математическое описание электромеханической системы непрерывного пятиклетевого прокатного стана с четырехвалковыми калибрами с учетом взаимосвязи электроприводов через обрабатываемый металл, разработана комплексная математическая модель исследуемого объекта.

В третьей главе приведены результаты теоретических и экспериментальных исследований процесса непрерывной прокатки проволоки в клетях с четырехвалковыми. калибрами как объекта управления. Рассмотрено влияние условий прокатки на изменения размеров, поперечного сечения проката, в результате чего сделан вывод о том, что повышение точности профиля может быть достигнуто, в том» числе, за счет усовершенствования системы автоматизированного электропривода клетей стана. Экспериментальные исследования; известных^ систем автоматизированного электропривода непрерывных» прокатных проволочных станов,показали, что при рассмотрении вопроса совершенствования-электропривода стана с четырехвалковыми калибрами! предпочтение следует отдать системе, обеспечивающей косвенное регулирования размеров проката. Кроме того, в.результате проведенного анализа теоретических исследований пятиклетевого, стана как^ электромеханической системы на математической модели и экспериментальных исследований! стана в производственных условиях, подтверждена адекватность разработанного математического описания, реальному технологическому объекту. Рекомендовано разработанную математическую модель использовать при синтезе новых систем регулирования автоматизированных электроприводов стана.

Четвертая глава посвящена рассмотрению вопросов разработки рекомендаций по совершенствованию' электропривода пятиклетевого стана с четырехвалковыми калибрами ОАО "Белорецкий металлургический комбинат". Предложена концепция построения автоматизированного электропривода. Реализацию противоречивых требований по точности регулирования скорости прокатки и обеспечения межклетевых натяжений в диапазоне, достаточном для реализации условий непрерывной прокатки рекомендовано выполнить применением принципа разделения электроприводов на один ведущий'и остальные ведомые. В качестве ведущего электропривода, обеспечивающего требование по точности регулирования скорости, рекомендовано использовать электропривод второй клети. На электроприводы же остальных клетей возложены задачи косвенного регулирования размеров проката. Предложены к реализации системы подчиненного регулирования электроприводов прокатных клетей. Рассмотрены вопросы синтеза регуляторов. Разработана методика выбора мощности двигателей клетей.

В заключении приведены основные результаты проведенных исследований. В приложении представлены акты внедрения результатов научно-исследовательскойработы.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Уточненные технологические требования к электроприводам-непрерывного прокатного стана с многовалковыми калибрами.

2. Математическая модель пятикпетевого прокатного стана с четырех-валковыми калибрами как объекта управления, учитывающая взаимосвязь технологических параметров процесса деформирования металла * с его энергосиловыми параметрами; а также взаимосвязь электроприводов через обрабатываемую'проволоку.

3. Результаты теоретических и экспериментальных исследований статических и динамических свойств электромеханических систем непрерывного прокатного проволочного стана с четырехвалковыми калибра-МИ'И автоматизированного электропривода его клетей.

4. Рекомендации, по реконструкции, системы автоматизированного электропривода пятиклетевого стана с четырехвалковыми калибрами ОАО "Белорецкий металлургический комбинат" в виде концепции построения автоматизированного электропривода, систем и алгоритмов управления электроприводами прокатных клетей.

По содержанию диссертационной работы опубликовано двенадцать научных трудов [8, 31-41], полученные результаты докладывались и обсуждались на четырех научно-технических конференциях и семинарах.

4.5. Выводы

1. На основе рекомендованной в 1-ой главе системы ПЧ-АД предложена концепция совершенствования автоматизированного электропривода пятиклетевого прокатного проволочного стана с четырехвал-ковыми калибрами. Реализацию противоречивых требований по точности регулирования скорости прокатки и обеспечения межклетевых натяжений в диапазоне, достаточном для реализации условий непрерывной прокатки, рекомендовано выполнить применением принципа разделения электроприводов на один ведущий и остальные ведомые.

2. Обосновано, что в качестве ведущего электропривода, обеспечивающего требование по точности регулирования скорости, следует использовать электропривод второй клети. Электроприводы же 1-ой, 3-ей, 4-ой и 5-ой клетей должны стабилизировать момент прокатки и тем самым выполнять функцию косвенного регулирования размеров проката.

3. Предложены к реализации системы регулирования электроприводов прокатных клетей, представляющие собой системы подчиненного регулирования координат с внутренним контуром тока и внешними контурами регулирования скорости и потокосцепления. В ведомых электроприводах систему регулирования скорости следует использовать исключительно во вспомогательных режимах работы (заправки, аварийной остановки и др.). При работе стана в режиме прокатки система управления является трехконтурной с внешним контуром регулирования момента прокатки.

4. Выполнен синтез регулятора момента прокатки систем управления ведомых электроприводов. Для этого проведены преобразования структурной схемы электроприводов, учитывающей их взаимосвязь через обрабатываемый прокат. Предложена передаточная функция регулятора момента прокатки. Настройку всех контуров регулирования систем управления электроприводов рекомендовано выполнить на модульный оптимум.

5. Рекомендована методика выбора мощности электродвигателей прокатных клетей стана с многовалковыми калибрами, основанная на аналитических зависимостях расчета момента прокатки в зависимости от технологических параметров и режимов. Создано специализированное программное обеспечение для автоматизированного расчета мощности приводных электродвигателей. Выполнен расчет и обосновано применение двигателей мощностью 180 кВт с номинальной скорость вращения 1450. 1500 об/мин.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. В результате анализа технологии прокатки на станах с многовалковыми калибрами, опыта эксплуатации пятиклетевого стана с че-тырехвалковыми калибрами, а также принципов работы известных систем управления электроприводами показано, что наиболее перспективным является процесс изготовления проволоки путем ее прокатки на непрерывных станах с четырехвалковыми калибрами. Анализ состояния электрооборудования пятиклетевого прокатного стана с четырехвалковыми калибрами, эксплуатируемого на ОАО "Белорецкий металлургический комбинат", показал высокую степень его изношенности и необходимость комплексной реконструкции.

2. Экспериментально, на основе изучения опыта длительной промышленной эксплуатации, уточнены ранее теоретически обоснованные технологические требования к электроприводам непрерывного проволочного прокатного стана с многовалковыми калибрами.

3. Предложено математическое описание, разработаны структурные схемы и создана программа для ПЭВМ, реализующая динамическую математическую модель непрерывного прокатного стана с четырехвалковыми калибрами как электромеханической системы с учетом взаимосвязи электроприводов через обрабатываемую проволоку. В результате проведенного анализа теоретических исследований пятиклетевого стана как электромеханической системы на математической модели и экспериментальных исследований стана в производственных условиях подтверждена адекватность разработанного математического описания реальному технологическому объекту.

4. Анализ результатов экспериментальных исследований влияния технологических параметров на продольную разнотолщинность проката позволил установить, что:

- наиболее значимое влияние на геометрические размеры готовой проволоки оказывают межклетевые натяжения и размеры исходной заготовки;

- повышение точности профиля может быть достигнуто как за счет усовершенствования конструкции клетей стана, так и за счет совершенствования системы автоматизированного электропривода этих клетей.

5. Экспериментальные исследования известных систем автоматизированного электропривода непрерывных прокатных проволочных станов показали, что при рассмотрении вопроса совершенствования электропривода стана с четырехвалковыми калибрами предпочтение следует отдать системе, обеспечивающей косвенное регулирования размеров проката. Системы, построенные по подобному принципу, являются наименее восприимчивыми к таким возмущающим воздействиям как непостоянство сечения исходной заготовки, изменение коэффициента трения и сопротивления деформации и обеспечивают большую стабильность геометрических размеров готовой проволоки.

6. Разработан новый способ построения автоматизированного электропривода пятиклетевого прокатного проволочного стана с четырехвалковыми калибрами. Реализацию противоречивых требований по точности регулирования скорости прокатки и обеспечения межклетевых натяжений в диапазоне, достаточном для реализации условий непрерывной прокатки, рекомендовано выполнить применением принципа разделения электроприводов на один ведущий и остальные ведомые. Обосновано, что в качестве ведущего электропривода, обеспечивающего требование по точности регулирования скорости, следует использовать электропривод второй клети. Электроприводы же 1-ой, 3-ей, 4-ой и 5-ой клетей должны стабилизировать момент прокатки и тем самым выполнять функцию косвенного регулирования размеров проката.

7. Предложены к реализации системы регулирования электроприводов прокатных клетей, представляющие собой системы подчиненного регулирования координат с внутренним контуром тока и внешними контурами регулирования скорости и потокосцепления. В ведомых электроприводах систему регулирования скорости рекомендовано использовать исключительно во вспомогательных режимах работы (заправки, аварийной остановки и др.). При работе стана в режиме прокатки система управления является трехконтурной с внешним контуром регулирования момента прокатки. Выполнен синтез регулятора момента прокатки и предложена его передаточная функция.

8. Рекомендована методика выбора мощности электродвигателей прокатных клетей стана с многовалковыми калибрами, основанная на аналитических зависимостях расчета момента прокатки в зависимости от технологических параметров и режимов. Создано специализированное программное обеспечение для автоматизированного расчета мощности приводных электродвигателей. Выполнен расчет и обосновано применение двигателей мощностью 180 кВт с номинальной скоростью вращения 1450. 1500 об/мин.

1. Поляков М.Г., Никифоров Б.А., Гун Г.С. Деформация металла в многовалковых калибрах. - М.: Металлургия, 1979. - 240 с.

2. Коковихин Ю.И. Технология сталепроволочного производства. Киев, 1995. - 608 с.

3. Коковихин Ю.И. Теория и практика применения роликовых волок в сталепроволочно-канатном производстве: Дисс. . д-ра техн. наук. -Магнитогорск, 1974. 374 с.

4. Поляков М.Г. Деформация металла в многовалковых калибрах: Дисс. . д-ра техн. наук. Магнитогорск, 1970. - 248 с.

5. 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.

6. Антропов В.Н. Непрерывный стан для теплой прокатки проволоки из труднодеформируемых металлов // НИИИНФОРМТЯЖМАШ. Сер. Металлургическое оборудование. 1972. №1. С. 22-26.

7. Селиванов И.А. Автоматизированный электропривод непрерывных прокатных станов с многовалковыми калибрами: Дисс. . д-ра техн. наук. Магнитогорск, 1987. - 304 с.

8. Автоматизированный электропривод непрерывных прокатных станов с многовалковыми калибрами: Монография / И.А. Селиванов, О.И. Пе-тухова и др. Магнитогорск: ГОУ ВПО "МГТУ", 2008. - 250 с.

9. Применение многовалковых калибров в обработке металлов давлением / М.И. Бояршинов, М.Г. Поляков и др. // Прокатное производство: сб. науч. тр. Свердловск, 1968. - С.69-76.

10. Производство фасонных профилей высокой точности / В.Н. Вы-дрин, А.Б. Гросман и др. М.: Металлургия, 1977. - 206 с.

11. Выдрин В.Н., Барков Л.А., Соловьев A.B. Основные закономерности прокатки в многовалковых калибрах. Известия вузов. Черная металлургия, 1968, №11.

12. Соловьев A.B., Выдрин В.Н., Барков Л.А. Теоретические исследования прокатки в многовалковых калибрах с гладкой бочкой // Тр. ЧПИ Челябинск, 1971. - Вып. 76. - С. 86-95.

13. Выдрин В.Н., Барков J1.А. Исследование прокатки круглых профилей в многовалковых калибрах. // Тр. ЧПИ Челябинск, 1972. - Вып. 102.-С.138-146.

14. Клименко В.М., Гладков Г.А., Калинович СВ. Исследование процесса прокатки в четырехвалковых калибрах с различным числом приводных валков // Материалы 2-ой конференции молодых металлургов. -Донецк, 1970. С. 41-46.

15. Ильинский Н.Ф. Электроприводы постоянного тока с управляемым моментом. М.: Энергоиздат, 1981. - 144 с.

16. Ильинский Н.Ф. Элементы теории и применения электроприводов со свойствами управляемого источника момента. Электротехника, 1974, №10,-С.45-48.

17. Бычков В.П. Электропривод и автоматизация металлургического производства: Учеб. пособие для вузов. 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Высш. шк„ 1975. - 392 с.

18. Дружинин H.H. Непрерывные станы как объект автоматизации. М.: Металлургия, 1975. - 336 с.

19. Филатов A.C. Электропривод и автоматизация реверсивных станов холодной прокатки. М.: Металлургия, 1973. - 375 с.

20. Праздников А.В, Егоров B.C., Гринберг С.Д. Автоматизация непрерывных мелкосортных станов. М.: Металлургия, 1975. - 216 с.

21. Афанасьев В.Д. Автоматизированный электропривод в прокатном производстве. М.: Металлургия, 1977. - 280 с.

22. Бройдо Б.С. Синтез систем автоматического управления непрерывными станами холодной прокатки. М.: Металлургия, 1978. - 159 с.

23. Выдрин В.Н., Федосиенко A.C. Автоматизация прокатного производства. М.: Металлургия, 1984. - 472 с.

24. 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.

25. A.c. 942839 (СССР). Устройство регулирования размеров проката / В.П. Бычков, И.А. Селиванов, В.В. Шохин и др.

26. A.c. 950459 СССР. Устройство ограничения межклетевых натяжений на непрерывном прокатном стане / В.П. Бычков, И.А. Селиванов и ДР

27. Морозовский В.Т. Многосвязные системы автоматического регулирования. М.: Энергия, 1970. - 288 с.

28. Файнберг Ю.М. Автоматизация непрерывных станов горячей прокатки. М.: Металлургиздат, 1963. - 326 с.

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

30. Радионов A.A. Автоматизированный электропривод станов для производства стальной проволоки: Монография Магнитогорск: ГОУ ВПО "МГТУ", 2007.-311 с.

31. Синтез систем подчиненного регулирования параметров на непрерывных прокатных станах / И.А. Селиванов, О.И. Петухова, A.A. Ради-нов, И.В. Суздалев // Изв. вузов. Электромеханика. № 1, 2009. С. 21-24.

32. Математическое моделирование системы управления непрерывным прокатным станом при питании ведомой клети от источника тока / И.А. Селиванов, О.И. Петухова, A.A. Радионов, И.В. Суздалев // Изв. вузов. Электромеханика. № 1, 2009. С. 25-27.

33. Синтез систем регулирования непрерывных станов с многовалковыми калибрами / И.А. Селиванов, О.И. Петухова, Е.Э. Бодров, И.В. Суздалев // Вестник ЮУРГУ. № 4, 2009. С. 60-63.

34. Исследование энергосиловых параметров и расчет мощности приводных двигателей непрерывных станов с многовалковыми калибрами / И.А. Селиванов, О.И. Петухова, Е.Э. Бодров, И.В. Суздалев // М.: 2008. Деп. в Информэлектро 31.01.08, № 67-В2008. -29 с.

35. Петухова О.И., Селиванов И.А., Суздалев И.В. Матричная модельнепрерывного стана холодной прокатки // Электротехнические системы и комплексы: Межвуз. сб. науч. тр. Магнитогорск: МГТУ, 2008. Вып. 15. С. 126-136.

36. Петухова О.И., Селиванов И.А., Суздалев И.В. Описание взаимодействия клетей непрерывного стана через прокатываемый металл // Электротехнические системы и комплексы: Межвуз. сб. науч. тр. Магнитогорск: МГТУ, 2008. Вып. 15. С. 137-141.

37. Петухова О.И., Радионов A.A. Расчет мощности приводных двигателей непрерывных станов с многовалковыми калибрами // Электротехнические системы и комплексы: Межвуз. сб. науч. тр. Магнитогорск: МГТУ, 2008. Вып. 15. С. 155-163.

38. Петухова О.И., Радионов A.A. Результаты проверки адекватности математической модели непрерывного стана с многовалковыми калибрами // Электротехнические системы и комплексы: Межвуз. сб. науч. тр. Магнитогорск: МГТУ, 2008. Вып. 15. С. 163-171.

39. Системы регулирования непрерывных станов с многовалковыми калибрами / И.А. Селиванов, О.И. Петухова, Е.Э. Бодров, И.В. Суздалев // Вестник МГТУ. №4, 2009. С. 55-59.

40. Ресурсосбережение в метизном производстве: Коллективная монография / В.И. Зюзин, В.А. Харитонов, A.A. Радионов и др. Магнитогорск: МГТУ, 2001. - 160 с.

41. Антропов В.Н. Непрерывный стан для теплой прокатки проволоки из труднодеформируемых металлов. М.: НИИИ-ФОРМТЯЖМАШ, сер. Металлургическое оборудование, 1972, №1, с.22-26.

42. Михайлов К.В., Городницкий Ф.М. Проволочная арматура железобетонных конструкций за рубежом. Информ. ин-та Черметинформация, 1969, сер.9, информ. 4.

43. Недовизий И.Н. Сталепроволочно-канатное производство Японии. Информ. ин-та Черметинформация, 1972, сер.9, информ. 2.

44. Funne P., Meyer H., Shulte H., Ein neues Verfahren zur Hal-tumformung von Rippenstahl fuz Beton stahlmatten. stahl und Eisen, 1976, Ig. 96 № 21, s. 1015-1020.

45. Profil Walzapparate System, Fuhz, DBR (Stahlgussaausfu-frung) zum Kaltwalzen von Profilen und Runddrahten, - Drah №16, 3, 1965, s.141-145.

46. Влияние заполнения промежуточных четырехвалковых калибров на точность и качество профиля при прокатке / Бояршинов М.И., Поляков М.Г. и др. // Тр. Магнит, горно-метелаллургического ин-та. Магнитогорск, 1970, - Вып. 74. - С.68-75.

47. Бояршинов М.И., Антипанов В.Г., Поляков М.Г. Сравнение величин мощностей при холодной прокатке в четырехвалковом калибре и на гладкой бочке // Тр. Магнит, горно-метелаллургического ин-та. Магнитогорск, 1970, - Вып. 74. - С.75-77.

48. Выдрин В.Н. Динамика прокатных станов. Свердловск: Металлургия, 1960.-256 с.

49. Бройдо Б.С. Синтез систем автоматического управления непрерывными станами холодной прокатки. М.: Металлургия, 1978. -159 с.

50. Прудков М.Л., Титов В.Е. Исследование трехконтурной системы регулирования натяжения при прокатке: Инструктивные указания по проектированию электротехнических промышленных установок. М.:

51. Энергия, 1971. № 3. - С. 8-13.

52. Реализация принципа подчиненного регулирования на электроприводе непрерывного стана / И.А. Селиванов, Г.П. Корнилов, П.И. Чурсин. Изв. вузов. Электромеханика. 1977. - № 4. - С. 451-454.

53. 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.

54. 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.

55. Структура компенсирующего устройства в системе автоматического регулирования размеров проката / И.А. Селиванов, М.Г. Поляков, В.В. Шохин // Тр. Магнитогорского горно-металлургического института. -Магнитогорск: МГМИ, 1975. Вып. 154. - С. 34-38.

56. Эффективность способов регулирования размеров проволоки на непрерывных прокатных станах с многовалковыми калибрами / М.Г. Поляков, И.А. Селиванов, В.А. Ткаченко и др. // Теория и практика производства метизов. Свердловск: УПИ, 1985. - С. 33-43.

57. Когос A.M. Механическое оборудование волочильных и ленто-прокатных цехов. М.: Металлургия, 1980. - 311 с.

58. 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.

59. Выдрин В.Н., Федосиенко A.C., Крайнов В.И. Процессы непрерывной прокатки. М.: Металлургия, 1970. -456 с.

60. Исследование формоизменения при обычном волочении, протяжке и прокатке в многовалковых калибрах / М.И. Бояршинов и др. // Стальные канаты. Киев: Техника, 1969. - Вып. 5.

61. Бояршинов М.И., Поляков М.Г., Коковихин Ю.И. Формоизменение при прокатке в четырехвалковом и двухвалковом калибре // Тр. Уральский политехнического института. Свердловск: УПИ, 1967. - Вып. 162. - С. 48-54.

62. Целиков А.И., Гришков А.И. Теория прокатки. М.: Металлургия, 1970.-358 с.

63. Третьяков A.B., Зюзин В.И. Механические свойства металлов и сплавов при обработке давлением. М.: Металлургия, 1973. - 224 с.

64. Комбинированная система автоматического регулирования толщины полосы для реверсивных станов холодной прокатки / Филатов А.С, Зайцев А.П., Приведенцев В.П. и др. // Тр. ВНИИМЕТМАШа. М., 1977. -Вып. 47.-С.18-21.

65. Морозов Д.П. К теории электромеханических процессов станов холодной прокатки // Вестник электропромышленности, №3, 1944. С. 1619.

66. Егоров B.C., Стахно В.И., Потап O.E. Передаточные функции сил натяжения полосы в межклетевых промежутках непрерывного прокатного стана: Депонированная рукопись. М.: Черметинформация, 1984, № 2642. - 19 с.

67. Чекмарев А.П., Топоровский М.П. Некоторые зависимости в переходных процессах при непрерывной холодной прокатке // Прокатное производство, t.XVII. Киев: Изд-во АН УССР, 1962. - С. 3-15.

68. Трофимчук В.Л. Точность при прокатке и факторы, ее обуславливающие. М.: Металлургиздат, 1940.

69. Чекмарев А.П. Точная прокатка. Киев: Гостехиздат Украины, 1952. -261 с.

70. Бровман М.Я. Повышение точности проката на непрерывных станах горячей прокатки // Пластическая деформация металлов и сплавов.1. М„ 1968. С. 67-73

71. Додин Ю.С., Бровман М.Я. Продольная разнотолщинность при горячей прокатке листов. М.: НИИИНФОРМТЯЖ-МАШ, сер. Металлургическое оборудование, 1968.

72. Никифоров Б.А., Харитонов В.А. Производство высокопрочной арматурной проволоки. Бюллетень ин-та Черметинформация,1976, №12.-С. 23-31.

73. Шрейнер Р.Т. Математическое моделирование электроприводов переменного тока с полупроводниковыми преобразователями частоты.- Екатеринбург: УРО РАН, 2000. 654 с.

74. Чиликин М.Г, Бычков В.П. Системы управления электроприводами с последовательной коррекцией // Инструктивные указания по проектированию электротехнических установок. М.: Энергия, 1967, №11. - С. 27-33.

75. Шрейнер Р.Т. Системы подчиненного регулирования электроприводов. Часть I. Электропривода постоянного тока с подчиненным регулированием координат: Учеб. пособие для вузов. Екатеринбург: Урал.

76. Выдрин В.Н., Барков Л.А., Соловьев A.B. Момент и мощность при прокатке в фасонных многовалковых калибрах. Известия вузов. Черная металлургия, 1969, №3. - С. 70-73.

77. Грудев А.П. Внешнее трение при прокатке. М.: Металлургия, 1973.- 288 с.

78. Бурьянов В.Ф., Рокотян Е.С., Гуревич А.Е. Расчет мощности двигателей главных приводов прокатных станов. М.: Металлургия, 1962. -355 с.