Введение к работе
Актуальность темы. В настоящее время около 30% от общего объема выпуска стального проката в Российской Федерации составляет листовая продукция, получаемая на широкополосных станах горячей прокатки (ШСГП). Технология прокатки, оборудование и системы электропривода отдельных агрегатов ШСГП постоянно совершенствуются в направлении повышения качества продукции, производительности станов и снижения себестоимости проката. Одним из резервов снижения себестоимости листовой продукции является увеличение срока эксплуатации оборудования стана за счет совершенствования систем управления электроприводами основных агрегатов стана.
Производительность ШСГП и себестоимость продукции во многом зависит от эффективности работы участка смотки полосы и, в частности, отводящего рольганга (ОР). К электроприводу роликов ОР предъявляются общие технологические требования, направленные на безаварийное транспортирование проката до моталок. Невыполнение требований приводит к аварийным ситуациям, простоям стана на ликвидацию последствий аварии и отбраковке листа, не прошедшего нормальную смотку в рулон на моталке.
Анализ применяемых на ШСГП систем управления электроприводами роликов ОР показал, что они реализуют лишь обязательные для технологии горячей прокатки требования: создание в головной части полосы тянущих усилий до захвата полосы моталкой и создание в хвостовой части полосы тормозящих усилий после выхода полосы из последней клети стана. При этом конкретные, научно-обоснованные рекомендации по рассогласованию скоростей образующих бочек роликов ОР и скорости движения листа на всех стадиях смотки проката отсутствуют. Величины рассогласования подбираются обслуживающим персоналом экспериментальным путем. Это приводит к тому, что большинство электроприводов роликов ОР работает в режиме буксовок поверхностей роликов по полосе, что является причиной интенсивного износа бочек роликов и их замены во время выполнения ремонтных работ.
Возникла необходимость проведения исследований и разработок, направленных на совершенствование существующих систем управления электроприводами роликов ОР, обеспечивающих при безусловном выполнении основных технологических требований снижение интенсивности износа роликов и увеличение срока их эксплуатации.
Цель работы. Разработка системы управления электроприводом роликов отводящего рольганга ШСГП, обеспечивающей увеличение срока эксплуатации роликов за счет уменьшения рассогласования скоростей образующих бочек роликов и проката в основных режимах работы ОР.
Достижение поставленной цели потребовало решения следующих задач:
- анализа известных технологических требований к электроприводу роликов ОР ШСГП с позиций снижения износа бочек роликов;
экспериментальных и теоретических исследований электропривода роликов ОР в различных режимах его работы;
разработки методики определения составляющей момента нагрузки электродвигателя ролика ОР от действия ламинарного охлаждения;
- разработки методики расчета требуемых по технологии моментов
нагрузки электроприводов роликов для различных режимов работы ОР при
условии недопустимости буксовок на контакте ролик-полоса;
коррекции технологических требований к электроприводу роликов ОР с позиций снижения интенсивности износа бочек роликов;
разработки способа, технических решений и алгоритма управления электроприводом роликов ОР, обеспечивающих увеличение срока эксплуатации роликов;
экспериментальной оценки предложенных технических решений, промышленного внедрения разработанного алгоритма на стане 2000 ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат» (ОАО «ММК»), оценки технико-экономической эффективности.
Методы исследований. В работе использованы основополагающие положения теории автоматизированного электропривода. Теоретические исследования проводились с использованием аналитических методов решения алгебраических уравнений и методов компьютерного моделирования. Результаты базировались на большом объеме экспериментальных исследований, статистической обработке расчетных и экспериментальных материалов, полученных при исследовании электропривода роликов ОР широкополосного стана 2000 горячей прокатки ОАО «ММК».
Обоснованность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается корректным применением методов теории автоматизированного электропривода, адекватностью расчетных величин экспериментальным данным, полученным на действующем стане, результатами внедрения технических решений на действующем широкополосном стане горячей прокатки.
К защите представляются следующие основные положения:
-
Технологические требования к электроприводу роликов ОР ШСГП с позиций снижения интенсивности износа бочек роликов.
-
Результаты экспериментальных и теоретических исследований действующего электропривода роликов ОР на стане 2000 ОАО «ММК».
-
Методика расчета составляющей момента нагрузки электродвигателя ролика ОР от действия ламинарного охлаждения.
-
Методика расчета требуемых по технологии значений моментов электродвигателей роликов для различных режимов работы ОР с учетом ламинарного охлаждения и работы роликов рольганга в пределах сил сцепления с транспортируемой полосой.
-
Способ, технические решения и алгоритм системы управления электроприводом роликов ОР ШСГП, обеспечивающие реализацию новых технологических требований с учетом особенностей прокатки металла на ШСГП.
6. Результаты экспериментальных исследований и внедрения разработанной системы управления на широкополосном стане 2000 горячей прокатки и оценки их эффективности.
Научная новизна:
1. Разработаны конкретные технологические требования к системе
управления электроприводом роликов ОР, реализация которых обеспечивает
снижение интенсивности износа бочек роликов.
-
Разработана методика расчета составляющей момента нагрузки электродвигателя ролика ОР от действия ламинарного охлаждения.
-
Разработана методика расчета требуемых по технологии значений моментов электродвигателей роликов ОР для различных режимов его работы в пределах сил сцепления на контакте ролик-транспортируемая полоса.
-
Разработан способ управления электроприводом роликов ОР, согласно которого осуществляется автоматическое регулирование скоростей образующих бочек роликов ОР в функции требуемых по технологии значений моментов электродвигателей в различных режимах работы ОР.
-
Разработаны технические решения и алгоритм управления электроприводом роликов ОР, обеспечивающие в соответствии с технологическими требованиями минимальное рассогласование скоростей образующих бочек роликов и транспортируемой полосы в различных режимах работы ОР.
Практическая значимость работы. Разработанная система управления электроприводом роликов ОР позволяет в автоматическом режиме за счет целесообразного управления скоростными режимами работы электродвигателей обеспечить снижение интенсивности износа бочек роликов. Созданы предпосылки для увеличения срока службы роликов.
Полученное на основе экспериментальных исследований на стане 2000 горячей прокатки ОАО «ММК» выражение для расчета составляющей момента нагрузки от действия ламинарного охлаждения может быть использовано при проектировании систем управления электроприводами роликов ОР однотипных новых станов.
Результаты диссертационной работы внедрены на широкополосном стане 2000 горячей прокатки ОАО «ММК». Ожидаемый экономический эффект от внедрения составляет 0,36 млн. руб.
Реализация работы. Экспериментально подтверждена эффективность алгоритма управления электроприводом отводящего рольганга на стане 2000 ОАО «ММК». Внедрение алгоритма позволило в 2 раза уменьшить рассогласование линейных скоростей образующих бочек роликов и транспортируемой полосы второй секции ОР.
Разработанная система управления электроприводом роликов ОР рекомендуется для внедрения на других ШСГП независимо от рода тока и типа электропривода. Результаты работы рекомендуются к использованию в учебном процессе при подготовке бакалавров и магистров по направлению «электроэнергетика и электротехника»
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на: IV, V, VI, VII Международных (XV, XVI, XVII, XVIII Всероссийских) конференциях по автоматизированному электроприводу АЭП-2004 (г. Магнитогорск, 2004 г.), АЭП-2007 (г. Санкт-Петербург, 2007 г.), АЭП-2010 (г. Тула, 2010 г.), АЭП-2012 (г. Иваново, 2012 г.); XII международной научно-технической конференции «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика» (г. Москва, 2006 г.); III Конгрессе металлургов Урала (Челябинск, 2008 г.); ежегодных научно-технических конференциях по итогам научно-исследовательских работ ФГБОУ ВПО «МГТУ» (г. Магнитогорск, 2006-2013 гг.).
Публикации. Основные положения диссертационной работы опубликованы в 11 печатных трудах, в том числе 3 статьях в рецензируемых изданиях из перечня ВАК РФ и патенте РФ на изобретение.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 42 наименований. Работа изложена на 141 странице, содержит 43 рисунка, 31 таблицу и 5 приложений.
