Содержание к диссертации
Введение
1. ХАРАКТЕРИСТИКА ЭЛЕКТРОПРИВОДА ВАЛКОВ СЛЯБИНГА
1.1. Особенности работ электропривода валков слябинга. 9
1.2. Характеристика линий привода рабочих валков слябинга 1150 ММК 16
1.3. Экспериментальное исследование упругих колебаний момента в валопроводах горизонтальных и вертикальных валков при захвате металла валками на слябинге 1150 ММК 32
ІЛ. Обзор способов посгроения системы ограничения амплитуды упругого момента в валопроводах обжимных станов 53
Выводы 56
2. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ ПРОЦЕССА ЗАХВАТА МЕТАЛЛА ВАЛКАМИ СЛЯБИНГА
2.1. Математическое описание процессов в очаге деформации при захвате металла валками 58
2.2. Математическое описание процессов в электроприводе валков. 64-
2.3. Математическое описание процессов в линии привода валков . 70
2.4. Экспериментальное определение величины коэффициента связи Кф0 вертикальный валок - прокатываемый металл 71
2.5. Модель. Структурная схема и параметры 90
2.6. Адекватность модели и объекта 95
Выводы ЮІ
УСЛОВИЯ ЗАХВАТА МЕТАЛЛА ВВ В ЧЕТНОМ И НЕЧЕТНОМ ПРОХОДАХ
3.1. Анализ переходных процессов при захвате металла ВВ в нечетном проходе 102
3.2. Влияние различных факторов на величину амплитуды упругого момента при захвате металла вертикальными валками в нечетном проходе 106
3.2.1. Влияние массы захватываемого металла на величину амплитуды упругого момента МдХ. 107
3.2.2. Влияние величины коэффициента фрикционной связи K^0 на амплитуду упругого
момента МдХ 112
3.2.3. Влияние величины момента прокатки М на амплитуду упругого момента МдК 116
3.2.4. Влияние скорости вращения ВВ в момент захвата IX на величину амплитуды
упругого момента МдХ 120
Выводы 153
4. 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 155
4.1.1. Основные узлы и элементы системы управления 155
4.1.2. Блокировка БІ на отключение системы ограничения в нечетном проходе после
захвате металла ВВ 160
4.1.3. Блокировка Б2 на отключение системы ограничения при малых значениях статического тока прокатки 162
4.1.4. Блокировка БЗ на отключение системы ограничения при прокатке металла в четном проходе и прокатке без выброса металла из ВВ.. .169
4.1.5. Блокировка Б4 на отключение системы ограничения для предотвращения удара второго по ходу прокатки в нечетном проходе слитка о первый 173
4.1.6. Модель поведения металла на роликах рольганга МПМ 178
4.2. Экспериментальные исследования системы управления электроприводом ВВ с ограничением динамических нагрузок 188
Выводы 207
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 208
ЛИТЕРАТУРА 211
ПРИЛОЖЕНИЕ 217
- Особенности работ электропривода валков слябинга.
- Математическое описание процессов в очаге деформации при захвате металла валками
- Анализ переходных процессов при захвате металла ВВ в нечетном проходе
- Предлагаемая схема системы управления электроприводом ВВ с ограничением динамических нагрузок
Введение к работе
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 75% 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 применяется 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 с 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, например, в работах.Квартального Б.В., Большакова,В.И., Кожевникова С.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 обжимного 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^ настоящей работе выносятся для решения следующие задачи: теоретическое и экспериментальное исследование процессов, происходящих в валопроводах как горизонтальных, так и вертикальных валков слябинга при захвате металла валками; разработка системы управления электропривода валков слябинга, обеспечивающей максимально возможное ограничение амплитуды упругого момента при захвате металла валками; создание инженерной методики расчета параметров системы управления с учетом снижения динамических нагрузок в валопроводах валков; внедрение разработанной системы электропривода на слябинге 1150 ММК.
Содержание работы излагается в 4 главах.
В первой главе дается характеристика электропривода валков слябинга П50 ММК, приводится расчет параметров механической части привода, приводятся результаты экспериментальных исследований динамических нагрузок в валопроводах вертикальных и горизонтальных валков слябинга при захвате металла валками, дается обзор существующих систем ограничения амплитуды упругого момента. Формулируются цели и задачи исследования.
Во второй главе разрабатывается математическая модель процесса захвата металла вертикальными валками, доказывается адекватность модели и объекта исследования, предлагается методика и экспериментально определяется величина коэффициента связи металл-вертикальный валок.
Третья глава посвящается анализу влияния различных факторов на величину амплитуды упругого момента при захвате металла вертикальными валками в нечетном и четном проходах, формулируются основные требования к электроприводу вертикальных валков слябинга 1150 ММК, связанные с ограничением динамических нагрузок в валопроводе валка.
В четвертой главе излагаются принципы построения системы ограничения динамических нагрузок, разрабатываются отдельные узлы системы и приводятся результаты экспериментальных исследований системы на слябинге 1150 ММК,
В заключении даются выводы по работе.
Диссертация выполнялась на кафедре автоматизированного электропривода МЭИ и на слябинге 1150 ММК.
В конце диссертации приводится список использованной литературы и прилагается акт о внедрении.
Основное содержание диссертации опубликовано в трех печатных работах.
Особенности работ электропривода валков слябинга.
Слябинг представляет собой реверсивный стан горячей прокатки, имеющий горизонтальную и вертикальную последовательно расположенные клети обычно с индивидуальными приводами рабочих валков. Схематическое расположение рабочих валков и роликов станинных и индивидуальных рольгангов, представлено на рис. 1.1,а - при прокатке металла в нечетном проходе и на рис. 1.1,6 - при прокатке в четном проходе. В нечетных проходах металл подается от вертикальных валков - ВВ к горизонтальным валкам - 37В, а в четных - наоборот, от ГВ к ВВ. В первых двух проходах металл в вертикальной клети не обжимается, прокатка происходит только в горизонтальной клети "на ребро", что диктуется необходимостью предварительной обработки боковых поверхностей слитка в ГВ. После первых двух проходов перед прокаткой в вертикальной клети в нечетном проходе слиток кантуется и прокатка его за один проход происходит в обеих клетях. Одновременная прокатка в клетях начинается после того, как длина металла становится больше межклетевого расстояния. В период одновременной прокатки, с целью предотвращения удара слитка о валки и обеспечения минимально допустимой величины подпора и натяжения металла в межклетевом промежутке, скорости ВВ и ГВ должны быть синхронизированы.
Математическое описание процессов в очаге деформации при захвате металла валками
При захвате металла валками на рабочий валок действует момент нагрузки
Характер нарастания момента прокатки Мпр по мере заполнения металлом очага деформации изучен /18, 19/.
Наиболее точным и достоверным отражением процесса нарастания Мпр является выражение момента М пР в функции углов Ы/ и об :
Мпр =Му[1-е &Ъ ], (2Л) где Mv - установившееся значение момента прокатки; угол захвата металла валками; Ы! = 2a zain - - угол поворота валков, соответствующий длине передней внешней зоны ч , рассчитанной по уравнению (I.II); fg - угол поворота валка по мере заполнения металлом очага деформации. Уравнения, описывающего характер изменения момента Мді/; в литературе не обнаружено. Однако в /4, 18, 48/ рассмотрены вопросы взаимодействия между валками одной клети через прокатываемый металл. Рассогласование нагрузок между двигателями валков, вызванное совместным действием технологических причин и рассогласованием скоростей, может быть приближенно выражено равенством /48/: где АМ-М -М - разность моментов нагрузки между первым и вторым двигателями валков клети; Mcp-fM/z+M&lfa- среднее значение моментов двигателей валков; ли) =Оі)і-и)г - разность скоростей двигателей первого и второго валков; и ер = (cOf-f-аш средняя скорость; А - относительное рассогласование нагрузок по току при рассогласовании по скорое ти, равном нулю ( к и)-0 ); 6 - коэффициент пропорциональности между рассогласованием нагрузок по моменту и рассогласованием скоростей. Уравнение (2.2) описывает связь между валками через металл. Так, например, увеличение по каким-либо причинам скорости первого двигателя cOf приводит к тому, что на валу этого же двигателя возрастает момент нагрузки А//г на величину л M/s . Учитывая, что суммарный момент прокатки где Ми - момент прокатки на валу двигателя при А = о и ьи) =0, есть величина неизменная /18/, то с увеличением М/ на величину AM/Z величина момента второго двигателя M2Z_ должна уменьшиться на величину A M S:
При этом можно предположить, что с увеличением и)t на величину л и), под действием в начальный момент времени момента Hz: скорость металла сдм в нейтральном сечении очага деформации возрастает на величину л сОм . Увеличение Ом на д Ом приводит к смещению линии касания металла и валка в нейтральном сечении в сторону уменьшения зоны отставания, что в свою очередь вызывает уменьшение момента А4Е на ьМ .
Анализ переходных процессов при захвате металла ВВ в нечетном проходе
Рассмотрим взаимодействие якоря двигателя, валка и металла при захвате металла ВВ. На рис. 3.1 представлены переходные процессы, полученные при моделировании для случая захвата металла ВВ в нечетном проходе на установившейся скорости вращения со следующими начальными условиями:
Для удобства сравнения результатов моделирования с экспериментальными данными при построении рис. 3.1 и всех последующих рисунков за базовое значение принято номинальное значение момента двигателя ВВ М//& .
Переходные процессы, возникающие в линии привода ВВ при захвате металла ВВ, условно можно разделить на два этапа. Первый этап начинается от момента соприкосновения металла с рабочим валком ( t = 0) и заканчивается в момент закрытия зазора в линии привода валка ( t - tY = 0,022 с). Второй этап начинается в момент времени t=tf и продолжается до окончания упругих колебаний мо-мента М/2 , когда упругий момент уже не выходит из пятипроцентной зоны изменения момента прокатки М»р( t - 0,1 с).
Отметим, что время закрытия зазора Zy = 0,022 с является сложной и неподдающейся аналитическому выражению функцией от ве-личин А н і д&иаг Мнаг го/МзЯ. для каждого конкретного случая захвата оно имеет свое значение. При захвате с А$= 0 первый этап в переходных процессах отсутствует.
На первом этапе захвата на прокатный валок действует два момента: собственно момент прокатки Млр и момент рассогласования Мду Момент прокатки Мпр , обусловленный процессом формирования очага деформации, монотонно возрастает в течение всего времени захвата, т.к. его величина определяется только текущим значением угла заполнения металлом очага деформации d f2 Момент рассогласования Мдуг являетоя сложной функцией двух переменных: текущего значения коэффициента фрикционной связи К р и текущего значения рассогласования скоростей металла и валка
В начальной стадии первого этапа (рис. 3.1) происходит уве-личение момента М&у за счет роста величины Кор (2.10). При этом под действием нарастающих моментов Мпр и Млу происходит снижение скорости валка ш& . Под действием момента МАр ско 41е- У рость металла СОм возрастает. Рост скорости ( м и снижение скорости и)& приводит к уменьшению рассогласования скоростей ДСО , причем, чем больших значений достигают МпрЪ Млу тем интенсивней уменьшается АСО . Это приводит к тому, что в определенный момент времени { t - 0,012 с, рис. 3.1) момент рассогласования МАу начинает уменьшаться. При этом темп увеличения скорости металла СОм несколько снижается.
В момент времени / зазор в валопроводе валка закрывается и начинается второй этап переходных процессов. При этом в валопроводе валка появляется упругий момент М/г , который по своей направленности стремится согласовать скорость вращения валка а и якоря СОЙ . Рост M/z происходит до тех пор, пока скорости ш# и со& не сравняются. Согласование скоростей (рис. 3.1) при этом в большей степени происходит за счет увеличения скорости валка СО& , т.к. момент инерции якоря двигателя значительно превышает момент инерции валка (табл. 3). Однако наряду с ростом скорости и)е наблюдается и некоторое снижение скорости якоря, что обусловливает появление тока в якорной цепи двигате-Т ля 1& .
Предлагаемая схема системы управления электроприводом ВВ с ограничением динамических нагрузок
Система управления с ограничением динамических нагрузок состоит из задатчика интенсивности ЗИІ, на вход которого поступает напряжение задания U% на скорость вращения ГВ и ВВ с поста управления станом ПУ, системы управления электроприводом каждого ВВ-СУ, задатчика интенсивности ЗИ2, датчика наличия металла перед вертикальной клетью ДНМ, датчика статического тока электродвигателя ВВ-ДСТ, блокировки БІ на отключение системы ограничения в нечетном проходе при наличии металла в ВВ, блокировки Б2 на отключение системы ограничения при малых токах прокатки, блокировки БЗ на отключение системы ограничения при прокатке металла в четном проходе и прокатке без выброса металла из ВВ, блокировки Б4 на отключение системы ограничения для предотвращения удара второго по ходу прокатки слитка о первый, модели поведения металла на роликах рольганга МПМ, источника постоянного напряжения 1/см двух ключей /с/ и к2 и трех сумматоров с/ , с2 , ей.
Напряжение USm с выхода задатчика интенсивности ЗИІ является заданием на скорость вращения ГВ и ВВ. Напряжение Ц} . с выхода задатчика интенсивности ЗИ2 поступает только на вход системы управления электроприводом ВВ.
Первое требование к системе управления электроприводом ЕВ -скорости металла и ВВ к моменту захвата должны быть согласованы - в схеме рис, 4.1 реализуется следушим образом,
При поступлении с поста управления Ш от оператора напряжения , соответствующего по знаку скорости вращения ВВ в направлении нечетного прохода, на выходе задат-чика интенсивности ЗИІ появляется напряжение , которое подается на вход системы управления СУГВ, и ГВ начинают вращаться. Это же напряжение USm подается на вход сумматора CI, инвертируется и через замкнутый ключ KI поступает на вход задатчика интенсивности ЗИ2. На выходе задатчика интенсивности ЗИ2, темп интегрирования которого настраивается несколько выше, чем темп интегрирования задатчика интенсивности ЗИІ, появляется напряжение 1/зи2 » по величине соответствующее величине / , а по знаку противоположное U3wi . Поэтому на выходе сумматора напряжение иіх-ИзиґУзиіі-Узм-ІЦигО и ЕВ "СТОЯТ". ЕСЛИ при этом по сигналу с НУ ролики рольганга начинают вращаться и металл начинает свое движение к вертикальной клети, то на выходе модели поведения металла МПМ появляется напряжение U M , по величине и знаку соответствующее скорости движения металла по роликам рольганга % . Это напряжение UM поступает на вход сумматора CI и суммируется с напряжением ( - 1/ ). При этом напряжение на выходе сумматора с/ Uc = (-l/rjfj + UM возрастает, вызывая пропорциональное увеличение напряжения U3m Равенство Цм - Ibuz нарушается и на входе системы управления электроприводом ЕВ появляется напряжение Us =0 , по величине и знаку соответствующее напряжению Ум у т.е. выполняется равенство %х -Ум . Таким образом, в данном режиме работы электропривода ВВ с системой ограничения заданием на скорость вращения ЕВ является напряжением Ум , соответствующее скорости движения металла Ум к ВВ.
Второе требование к системе управления электроприводом ВВ -зазор в валопроводе ВВ в момент захвата должен быть закрыт - реализуется в схеме рис. 4.1 с помощью датчика наличия металла перед вертикальной клетью ДНМ и ключа К2. Датчик ДНМ устанавливается перед ВВ на таком расстоянии, чтобы времени, за которое слиток на максимально возможной скорости движения по роликам рольганга проходит расстояние от оси датчика ДНМ до оси ВВ йыло достаточно для закрытия зазора в валопроводе валка посредством разгона электропривода ВВ с темпом изменения напряжения LQU . Так, в результате расчета на модели рис. 4.1 было получено, что для условий прокатки на слябинге 1150 ММК максимальная величина зазора с темпом разгона привода ЕВ а5 2 = 3,5 м/с2выбирается за время t = 0,1 с. Поэтому с учетом того, что максимально возможная скорость движения металла по роликам Нішах =3,6 м/с для надежного закрытия зазора к моменту захвата необходимо,чтобы датчик ДНМ был установлен перед ЕВ на расстоянии и =3,6 0,1= =0,36 м. С учетом же величины максимально возможной длины дуги захвата С = ]/Я&Ь Дбт = \ZQ4SQ04 =Q/5M , где 4 С = 0,04 м -максимально возможное обжатие металла в ВВ и R&& = 0,45 м -радиус ВВ, датчик ДНМ необходимо установить на расстояние.
При приближении металла к вертикальной клети, когда передний торец металла пересекает ось датчика ДВМ, на его выходе появляется напряжение ЦдНм . Это напряжение 1/лнм поступает на управляющий вход ключа К2, ключ замыкается и на вход сумматора CI поступает напряжение VCM , по знаку совпадающее с напряжением UM , соответствующем скорости движения металла к ЕВ, При этом напряжение на выходе сумматора CI, равное Vc - (-C/3m)+lftIfCM возрастает, на выходе задатчика интенсивности ЗИ2 напряжение начинает увеличиваться и электропривод ВВ разгоняется. Величина напряжения l/слі подбирается такой, чтобы захват металла ВВ производился на участке разгона привода ВВ.
Таким образом, с помощью сумматоров CI, СЗ, задатчика интенсивности 302, датчика ДНМ, ключа К2 и модели поведения металла МПМ, захват металла ВВ осуществляется при согласованных скоростях металла и ВВ и на участке разгона электропривода ВВ.
