Содержание к диссертации
Введение
I. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ПРОЦЕССА ВОЛОЧЕНИЯ ПРОВОЛОКИ
И УПРАВЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОПРИВОДАМИ ВОЛОЧИЛЬНЫХ СТАНОВ. ПОСТАНОВКА
ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ 11
1.1. Технологические особенности процесса волочения проволоки 11
1.2. Требования к автоматическим системам управления электроприводами волочильных станов... 15
1.3. Конструкция волочильных станов и.системы автоматического управления электроприводами... 18
1.3.1. Станы однократного волочения. 18
1.3.2. Станы многократного волочения без скольжения 19
1.3.2.1. Автоматические системы управления электроприводами волочильных станов 21
1.3.3. Станы многократного волочения со скольжением 33
1.4. Постановка задачи исследований 35
2; ВОЛОЧИЛЬНЫЙ СТАН КАК ОБЪЕКТ УПРАВЛЕНИЯ. РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ
УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДОМ, ПОЗВОЛЯЩЕЙ ИСКЛЮЧИТЬ ВОШІОМОСТЬ
ОСЛАБЛЕНИЯ НАТЯЖЕНИЯ ПРОВОЛОКИ НА УЧАСТКЕ ВОЛОКА-ТЯГОВОЙ
БАРАБАН... .. 38
2.1. Оценка точности и надежности систем с полной и неполной информацией. 38
2.2. Математическая модель электромеханической системы волочильного стана 50
2.2.1. Учет упругих свойств обрабатываемой проволоки, кинематических погрешностей и зазоров в передачах электропривода волочильного стана. 56
2.3. Результаты моделирования электромеханической системы волочильного стана на ЦВМ ...70
2.4. Разработка системы управления электроприводом, исключающей возможность ослабления натяжения проволоки на участке волока-тяговый барабан. 78
2.5. Выводы 83
3. МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ АВТОМАТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ
УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДОМ, ОБЕОПЕЧИВАЮЩИЕ МИНИМУМ ШУМА I
ВИБРАЦИЙ СТАНА... 84
3.1. Шум и вибрация в волочильных цехах.. . 84
3.2. Шум и вибрация, и электромеханическая связь в электроприводе 86
3.3. Исследование установившегося режима работы стана ВСКТ-Ю/350... ...91
3.4. Выводы 99
4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ НА ДЕЙСТВУЩЙХ ВОЛОЧИЛЬНЫХ СТАНАХ... ...102
4.1. Методика и аппаратура для исследований... 102
4.1.1. Планирование эксперимента 110
4.1.2. Определение погрешности измерения уровня звукового давления и уровня звука... 113
4.2. Исследование установившегося режима работы стана
ВСКТ-Ю 115
4.2.1. Исследование зависимости уровня вибрации стана от параметров существующей САР скорости электропривода ...116
4.2.2. Исследование зависимости уровня вибрации стана от параметров САР скорости электропривода с жесткими обратными связями по скорости и току якоря... ..129
4 4.2.3. Исследование шумовых и вибрационных характеристик
волочильных станов BCKT-IO/350 и BCKT-I0. .135
4.3. Исследование динамических режимов работы волочильных
станов 142
4.3.1. Динамические нагрузки в обрабатываемой проволоке при волочении .143
4.3.2. Исследование динамических режимов работы многократного волочильного стана со скольжением ВСКТ-10... 153
5. АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ ...163
5.1. Установившийся режим работы волочильного стана ..163
5.2. Динамические режимы работы стана ...169
5.3. Выводы 171
ЗАКЛЮЧЕНИЕ ...174
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ... ...178
ПРИЛОЖЕНИЯ ...189
- Технологические особенности процесса волочения проволоки
- Оценка точности и надежности систем с полной и неполной информацией.
- Шум и вибрация в волочильных цехах..
- Методика и аппаратура для исследований...
- Установившийся режим работы волочильного стана
Технологические особенности процесса волочения проволоки
Процесс волочения значительно превышает по сложности физи-еских явлений родственные процессы холодной прокатки и произ-эдства бумаги. Можно сказать, что этот процесс объединяет в ебе вопросы, связанные с обоими перечисленными процессами. Как в холодной прокатке деформация материала при волочении осуществив тс я за счет прохождения его через калиброванное отверстие зм.рисЛЛ).
Однако если в первом случае перемещение материала осуществляется за счет трения между вращающимися валками и прокатываемым материалом, то во втором случае перемещение обрабатываемого материала достигается за счет усилия, прикладываемого, как и при производстве бумаги, к самому обрабатываемому материалу. В результате этого деформация материала осуществляется как за счет давления стенок калиброванного отверстия на волочимый материал,так и за счет осевого истечения материала под действием силы волочения. На процесс волочения оказывают влияния механические и физические свойства протягиваемого материала, степень деформации, форма профиля волочильного канала, материал волоки, качество трущихся поверхностей, скорость деформации, уровень противонатяже-ния [5,6,7]
Одним из самых важных параметров является скорость волочения;
Основной эффект от скоростного волочения - это повышение производительности волочильных станов [8] Кроме этого уменьшается удельный расход энергии и волок, снижается обрывность. Высокие скорости волочения оказывают положительное влияние на физико-механические свойства стальной проволоки [7]. Однако при этом необходимо решение двух основных проблем: понижение температуры проволоки и волок, а также снижение уровня шума и вибраций, которые при высоких скоростях волочения превышают допустимые нормы [9,10,11];
Оценка точности и надежности систем с полной и неполной информацией
class3 МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ АВТОМАТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ
УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДОМ, ОБЕОПЕЧИВАЮЩИЕ МИНИМУМ ШУМА I
ВИБРАЦИЙ СТАНА... class3
Шум и вибрация в волочильных цехах
Система регулирования с неполной информацией [51], разработанная при участии автора, содержит 171 электродвигателей I (см.рис.2.4) постоянного тока независимого возбуждения, создающих тяговое усилие волочения тянущих барабанов 2, необходимое для волочения проволоки через волоки 3. Электродвигатели I связаны с тянущими барабанами 2 посредством редукторов 4. Якорные обмотки двигателей соединены последовательно. Числу двигателей соответствует число каналов управления, каждый из которых состоит из последовательно соединенных датчика момента 5, пускового контакта 6, блока памяти 7, основного блока сравнения 8. Кроме того, во все каналы, кроме первого и последнего, входят сумма-гор 9 и дополнительный блок сравнения 10.
Выходы датчиков 5 момента подключены ко входам сумматор текущих моментов, а выходы блоков 7 памяти к входам сумматора статических моментов. Выходы сумматоров II и 12 подключены ко входу блока 13 выделения динамического момента, выход которого подключен к входу блока 14 разделения динамических моментов, остальные входы которого подключены к выходам блока 15 весовых коэффициентов, а выходы блока 14 разделения динамических моментов подключены к блокам 16 регулирования обмоток возбуждения. Блок 15 весовых коэффициентов состоит (см.рис.2.5), в свою очередь, из блока 17 постоянных коэффициентов и блоков 18 формирования весовых коэффициентов, выходы которых подсоединены ко входам множительных блоков 19 блока 14 разделения динамических моментов. Выходы множительных блоков 19 попарно подключены к блокам 20 сравнения динамических коэффициентов.
Методика и аппаратура для исследований
В качестве объекта для исследования был принят волочильный стан ВСКТ-І0/350 производства АЗШ, установленный на Магнитогорском калибровочном заводе и Волгоградском сталепроволочноканатном заводе.
Целью исследований являлось выяснение влияния упругих связей, кинематических погрешностей и зазоров в передаче электропривода волочильного стана на динамические режимы работы, и уровень шума и вибраций.
При исследованиях необходимо было определить: коэффициент электромеханической связи как с использованием расчетных данных, так и экспериментальных; влияние коэффициентов обратных связей системы автоматического регулирования на уровень динамических нагрузок, шума и вибраций; частоты вынужденных колебаний механической части стана, вызываемые различными кинематическими погрешностями; частоту собственных колебаний электромеханической системы; влияние "слабины" проволоки и зазоров в передаче на силовые параметри волочения.
І. Для определения коэффициента электромеханической связи разомкнутой системы (см.выражение (2»24)) необходимо определить: моменты инерции двигателя Л. и механизма /2 5 электромеханическую постоянную времени lM,j ; электромагнитную постоянную Тд ; частоту свободных колебаний вала двигателя при жесткой заделке вала механизма JLQ , суммарную жесткость передач С
ВеличиныТя ,ТМ и J2 определялись по методике, изложенной в [85]. Величина с использованием паспортных данных приводного двигателя стана ВСКТ-Ю/350. Наибольшую сложность при определении коэффициента электромеханической связи представляет нахождение величины суммарной жесткости С Существует расчетный метод определения жесткости кинематической передачи [8б] Однако наряду с трудоемкостью этот способ обладает большой погрешностью. Существует и экспериментальный метод определения суммарной жесткости, описанный в [86,87]. Этот способ заключается в том, что стопорится выходной вал передачи, а к входному валу прикладывают крутящий момент п р и замеряются угол поворотаф этого вала и угол поворота (fQ застопоренного.
Установившийся режим работы волочильного стана
Существующие системы управления электроприводом волочильного стана обеспечивают достаточно стабильную их работу в установившемся режиме, однако высокие скорости волочения и наличие климатических погрешностей в элементах передачи приводят к повышенному уровню шума. Правильный выбор параметров системы управления позволяет снизить уровень шума за счет максимального использования демпфирующей способности электропривода. В результате теоретических исследований было определено значение коэффициента электромеханической связи Kg с волочильного стана ВСКТ-10 с трехконтурной системой автоматического регулирования скорости электропривода (см.выражение (3.8)). Анализ выражения (3,8) показывает, что величина i\gQ является функцией как конструктивных параметров электропривода (Tg,TM, 1 ](L)» так и величин коэффициентов обратных связей по скорости и току якоря. Поэтому путем изменения величин коэффициентов обратных связей можно получить желаемые значения коэффициентов электромеханической связи.
Исследования проводились путем одновременного осциллогра-фирования виброускорения, тока якоря, частоты вращения двигателя и крутящего момента при различных значениях коэффициентов обратной связи по скорости и току якоря, при этом фиксировались значения уровней виброскорости и виброускорения с помощью прибора ИШВ-І.
Как показали исследования, проведенные на ВСПКЗ, уровень виброускорения и виброскорости зависит от величины коэффициента электромеханической связи и при значениях Кэ.с » лежащих в пределах 0,8 КЭС 1,2 (см.таблицы 4.3-4.10) уровень вибрации минимален.
Как видно из осциллограммы, приведенной на рис.4.7 и таблицы 4.II, в установившемся режиме при скорости волочения 6,2 м/с и значениях К5С = 4,56, KflC =30 и KQ у =0 вынужденные механические колебания имеют место в осциллограммах вибрации и крутящего момента. Эти колебания носят периодический характер Причем колебания с частотой 260 Гц, имеющие место в кривой ви-брации, имеют максимальную амплитуду (см. таблицу 4.3) из всего спектра частот и соответствуют частоте зацепления зубьев ко-ничеоких шестерен (см.таблицу 4.1). Колебания с частотой 260 Гц модулированы более низкой частотой - 8,85 Гц, которая соответствует частоте эксцентриситета зубчатого венца ведущей шестерни той же пары конических колес (см.таблицу 4.1). Колебания с частотой 8,85 Гц имеют место и в кривой крутящего момента. При измерении уровней виброскорости и виброускорений также обнаружены колебания с частотой 260 Гц (см.таблицу 4.3). Однако колебания, имеющие место как в кривой виброускорения, так и в кривой крутящего момента, не вызывают каких-либо изменений в осциллограмме частоты вращения двигателя. Не наблюдались эти колебания и в токе якоря. Таким образом, можно предполагать, что при значениях К с, не лежащих в области существенной электромеханической связи или лежащих на границе этой области, отвод энергии механических колебаний в электрическую часть электромеханической системы практически отсутствует.
