Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Анализ работы электроприводов станов по про изводству арматуры для изготовления железобетонных конструкций
1.1 Особенности технологии обработки проволоки на станах по производству холоднотянутой стабилизированной арматуры для изготовления железобетонных конструкций
1.2 Анализ технологических требований к электроприводам станов по производству стальной арматуры для изготовления железобетонных конструкций
1.3 Характеристика электроприводов стана по производству арматуры для изготовления железобетонных конструкций на примере стана ISF 5 ОАО 34 «ММК – МЕТИЗ»
1.4 Экспериментальное исследование глубины насечки арматуры на стане
45 ISF 5 ОАО «ММК – МЕТИЗ»
ВЫВОДЫ 52
ГЛАВА 2. Разработка математической модели расчета натяжения в проволоке, создаваемого электроприводом размоточного аппарата между роликовым правильным устройством и клетью профилирования
2.1 Исследование влияния параметров работы электроприводов стана ISF 5
54 на глубину насечки арматуры
2.1.1 Дисперсионный анализ влияния параметров работы электроприводов стана на глубину насечки
2.1.2 Исследование стационарности процесса влияния электропривода раз моточного аппарата на глубину насечки арматуры
2.2 Разработка математической модели расчета величины натяжения в прово локе между роликовым правильным устройством и клетью профилирования
2.2.1 Общие математические выражения для расчета натяжения в проволоке между роликовым правильным устройством и клетью профилирования
2.2.2 Исследование изменения момента холостого хода электропривода раз моточного аппарата стана ISF 5 ОАО «ММК – МЕТИЗ»
2.2.3 Проверка адекватности результатов расчета на разработанной модели экспериментальным данным на действующем стане ISF 5 ОАО «ММК – МЕТИЗ»
2.3 Анализ значимости факторов, определяющих величину натяжения в проволоке между роликовым правильным устройством и клетью профилирования
2.4 Расчет минимально допустимой величины натяжения в проволоке между роликовым правильным устройством и клетью профилирования
2.5 Методика определения допустимого изменения натяжения в проволоке, создаваемого электроприводом размоточного аппарата между роликовым правильным устройством и клетью профилирования
Выводы 100
ГЛАВА 3. Методика расчета целесообразного изменения момента торможения электродвигателя размоточного аппарата при изменении радиуса заполнения катушки проволокой
3.1 Расчет требуемого изменения момента торможения электродвигателя размоточного аппарата стана типа ISF 5
3.2 Методика расчета целесообразного изменения момента торможения электродвигателя размоточного аппарата при изменении радиуса заполнения катушки проволокой
3.3 Дополнительные технологические требования к электроприводу размоточного аппарата с позиций обеспечения глубины насечки в пределах допус- 109 ков
3.4 Расчет требуемого изменения момента торможения электродвигателя размоточного аппарата в функции изменения радиуса заполнения катушки 109 проволокой на стане ISF 5 ОАО «ММК – МЕТИЗ»
ВЫВОДЫ 114
ГЛАВА 4. Разработка системы управления электроприводом размоточного аппарата станов типа isf 5
4.1 Разработка функциональной схемы системы управления электроприводом размоточного аппарата стана типа ISF 5 по производству стальной ар- 116 матуры
4.2 Разработка алгоритма управления электроприводом размоточного аппарата стана типа ISF 5
4.3 Совершенствование системы управления электроприводом размоточного аппарата стана ISF ОАО «ММК – МЕТИЗ»
4.4 Промышленная апробация результатов исследования на действующем стане ISF 5 ОАО «ММК – МЕТИЗ»
Выводы 135
Заключение 136
Список литературы
- Анализ технологических требований к электроприводам станов по производству стальной арматуры для изготовления железобетонных конструкций
- Дисперсионный анализ влияния параметров работы электроприводов стана на глубину насечки
- Методика расчета целесообразного изменения момента торможения электродвигателя размоточного аппарата при изменении радиуса заполнения катушки проволокой
- Совершенствование системы управления электроприводом размоточного аппарата стана ISF ОАО «ММК – МЕТИЗ»
Введение к работе
Актуальность темы. Арматурный прокат для железобетонных конструкций, получаемый способом холодной деформации на станах по производству арматуры (СПА) типа ISF 5, является одним из самых массовых видов продукции черной металлургии в Российской Федерации. Технология производства холоднотянутой арматуры, оборудование и системы управления электроприводами отдельных агрегатов станов по производству высокопрочной стабилизированной арматурной проволоки постоянно совершенствуются в направлении повышения качества продукции, производительности станов и снижения себестоимости арматуры. Однако, по данным служб контроля качества часть арматуры, изготовленной на СПА и предназначенной для изготовления ответственных железобетонных изделий, например, железобетонных шпал, переназначается для изготовления менее ответственных железобетонных изделий по причине несоответствия глубины насечки требуемым технологическими картами параметрам. Потери заявленного производства могут достигать 5 и более процентов от общего объема производства. Одним из резервов повышения качества арматуры и снижения доли несортовой продукции по указанной причине является совершенствование систем управления электроприводами основных агрегатов СПА.
Анализ применяемых на СПА систем управления электроприводами показал, что они обеспечивают собственно технологию, безопасность и безаварийность процесса производства арматуры на СПА. Технологические требования и технические решения по обеспечению средствами автоматизированного электропривода требуемого качества глубины насечки отсутствуют.
В научных трудах Ильинского Н.Ф., Бычкова В.П., Выдрина В.Н., Селиванова И.А., Радионова А.А. и др. было доказано, что электропривод непрерывных проволочных станов, как активное звено многосвязного объекта регулирования, может существенно влиять на геометрические размеры обрабатываемой проволоки. Исследования же о влиянии электроприводов СПА на показатели глубины насечки отсутствуют.
Появилась необходимость проведения исследований и разработок, направленных на совершенствование существующих систем управления электроприводами СПА, обеспечивающих при безусловном выполнении известных технологических требований уменьшение доли арматуры, подлежащей снижению сортности и переназначению по причине несоответствия глубины насечки требуемым параметрам.
Объект исследования – система управления электроприводами стана по производству арматуры.
Предмет исследования – обеспечение требуемой глубины насечки на арматуре электроприводом размоточного аппарата СПА.
Цель работы. Разработка системы управления электроприводом размоточного аппарата СПА, обеспечивающей увеличение доли сортовой продукции за счет стабилизации натяжения в проволоке на входе в клеть профилирования посредством целесообразного по мере размотки проволоки с барабана катушки изменения момента торможения электродвигателя размоточного аппарата (РА).
Достижение поставленной цели потребовало решения следующих задач:
– анализа известных технологических требований и применяемых систем управления электроприводами СПА с позиций обеспечения требуемого качества глубины насечки на арматуре;
– экспериментальных и теоретических исследований электроприводов отдельных агрегатов СПА;
– разработки математической модели расчета натяжения в проволоке, создаваемого электроприводом РА между роликовым правильным устройством и клетью профилирования;
– разработки методики расчета допустимого, с позиций обеспечения глубины насечки на арматуре в пределах допусков, изменения натяжения в проволоке, создаваемого электроприводом РА между роликовым правильным устройством и клетью профилирования;
– разработки методики расчета целесообразного изменения момента торможения электродвигателя РА при изменении радиуса заполнения катушки проволокой с целью стабилизации на требуемом уровне натяжения в проволоке между роликовым правильным устройством и клетью профилирования;
– разработки дополнительных технологических требований к системе управления электроприводом РА с позиций обеспечения глубины насечки на проволоке в пределах допустимых значений;
– разработки функциональной схемы и алгоритма управления электроприводом РА, обеспечивающих реализацию дополнительных технологических требований;
– экспериментальной оценки технической и экономической эффективности предложенных методик и технических решений на действующем стане ISF 5 ОАО «Магнитогорский метизно-калибровочный завод «ММК - МЕТИЗ» (ОАО «ММК -МЕТИЗ»).
Методы исследований. Теоретические исследования проводились на основе положений теории автоматизированного электропривода с использованием аналитических методов решения алгебраических задач, методов компьютерного моделирования и статистических методов обработки информации. Результаты базировались на большом объеме экспериментальных исследований электроприводов действующего СПА типа ISF 5 ОАО «ММК - МЕТИЗ».
К защите представляются следующие основные положения:
-
Результаты анализа известных технологических требований и применяемых систем управления электроприводами СПА с позиций обеспечения глубины насечки на арматуре в пределах допустимых значений.
-
Результаты экспериментальных и теоретических исследований действующего электропривода стана ISF 5 ОАО «ММК - МЕТИЗ».
-
Адекватная экспериментальным данным математическая модель расчета натяжения в проволоке, создаваемого электроприводом РА между роликовым правильным устройством и клетью профилирования, с учетом аналитических и эмпирических зависимостей изменения в процессе размотки проволоки с катушки величин момента холостого хода электропривода РА и момента сопротивления, обусловленного действием сил трения в опорах цапфы катушки от веса проволоки.
-
Методика расчета допустимого, с позиций обеспечения глубины насечки на арматуре в пределах допусков, изменения натяжения в проволоке, создаваемого электроприводом РА между роликовым правильным устройством и клетью профилирования, с учетом предотвращения буксовок арматуры на первой группе кабестанов стана.
-
Методика расчета изменения момента торможения электродвигателя размоточного аппарата при изменении радиуса заполнения катушки проволокой с целью стабилизации на требуемом уровне натяжения в проволоке между роликовым правильным устройством и клетью профилирования.
-
Дополнительные технологические требования к электроприводу РА, а также функциональная схема и алгоритм управления, обеспечивающие их реализацию, с учетом особенностей производства арматуры на станах типа ISF 5.
-
Результаты промышленной апробации технических решений на действующем стане по производству арматуры ISF 5 ОАО «ММК - МЕТИЗ» и оценка их эффективности.
Научная новизна заключается в следующем:
-
Разработаны дополнительные технологические требования к системе управления электроприводом РА СПА, реализация которых обеспечивает увеличение доли готовой арматуры с глубиной насечки в пределах допустимых значений.
-
Разработана математическая модель расчета натяжения в проволоке, создаваемого электроприводом РА между роликовым правильным устройством и клетью профилирования, с учетом изменения момента холостого хода электропривода РА и момента сопротивления, обусловленного действием сил трения в опорах цапфы катушки от веса проволоки, в функции изменения радиуса заполнения катушки проволокой.
-
Разработана методика расчета допустимого, с позиций обеспечения глубины насечки на арматуре в пределах допусков, изменения натяжения в проволоке, создаваемого электроприводом РА между роликовым правильным устройством и клетью профилирования, с учетом предотвращения буксовок арматуры на первой группе кабестанов стана.
-
Разработана методика расчета изменения момента торможения электродвигателя РА в функции изменения радиуса заполнения катушки проволокой с целью стабилизации на требуемом уровне натяжения в проволоке между роликовым правильным устройством и клетью профилирования.
Практическая ценность и реализация работы:
-
Разработанная система управления электроприводом РА СПА позволяет в автоматическом режиме за счет целесообразного изменения момента торможения электродвигателя РА обеспечить уменьшение доли несортовой арматуры по причине несоответствия глубины насечки требуемым параметрам. На разработанную систему получен патент на полезную модель № 152968.
-
Полученные на основе теоретических и экспериментальных исследований на действующем стане ISF 5 ОАО «ММК - МЕТИЗ» выражения для расчета изменения момента торможения электродвигателя РА, момента холостого хода электропривода РА и момента сопротивления, обусловленного действием сил трения в опорах цапфы катушки от веса проволоки, в функции изменения радиуса запол-
нения катушки проволокой могут быть использованы при проектировании новых и реконструкции действующих систем управления электроприводами РА СПА.
-
Установлено, что разработанная система управления электроприводом РА может быть внедрена на существующем штатном оборудовании стана ISF 5.
-
Результаты работы переданы в службу главного энергетика ОАО «ММК -МЕТИЗ» и апробированы на действующем стане ISF 5. В результате получено снижение доли арматуры с глубиной насечки вне допустимых пределов с 7,2 % до 1,1 %. Ожидаемый экономический эффект составил 320 тыс. руб. в год.
-
Результаты работы рекомендуются к внедрению на других станах по производству арматуры, а также для использования в учебном процессе при подготовке бакалавров и магистров по направлению “Электроэнергетика и электротехника”.
Обоснованность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается корректным применением методов теории автоматизированного электропривода, адекватностью экспериментальным данным результатов расчета, корректным применением математического аппарата и методов моделирования, повторяемостью результатов экспериментальных исследований, результатами промышленной апробации на действующем стане по производству арматуры.
Соответствие паспорту специальности. Диссертационная работа соответствует п. 4 “Исследование работоспособности и качества функционирования электротехнических комплексов и систем в различных режимах, при разнообразных внешних воздействиях” паспорта специальности 05.09.03 – “Электротехнические комплексы и системы”.
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на: I Международном молодежном форуме Интеллектуальные энергосистемы (г. Томск, 2013 г.); VIII Международной (XIX Всероссийской) конференции по автоматизированному электроприводу АЭП -2014 (г. Саранск, 2014 г.); научно – технической конференции НТК-2013 молодых специалистов, инженеров и техников ОАО “ММК - МЕТИЗ” (г. Магнитогорск, 2013 г.); ежегодных научно-технических конференциях по итогам научно-исследовательских работ ФГБОУ ВПО «МГТУ» (г. Магнитогорск, 2011-2014 гг.), Международной молодежной научной конференции «Тинчуринские чтения» (г. Казань, 2014 г.).
Публикации. Основные положения диссертационной работы опубликованы в 11 печатных трудах, в том числе 2 статьях в рецензируемых изданиях из перечня ВАК РФ и патенте РФ на полезную модель.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 80 наименований. Работа изложена на 163 страницах, содержит 22 рисунка, 33 таблицы и 8 приложений.
Анализ технологических требований к электроприводам станов по производству стальной арматуры для изготовления железобетонных конструкций
Требования к качеству арматуры, особенно предназначенной для производства железнодорожных шпал, постоянно повышаются как с позиций увеличения параметров эксплуатационной стойкости арматуры, так и с позиций уменьшения диапазона изменения значений глубины насечки [1, 27, 28].
На современных станах по производству арматуры для изготовления железобетонных конструкций службами контроля качества периодически фиксируются отклонения параметров глубины насечки менее требуемых по технологическим инструкциям значений.
Одним из резервов повышения качества насечки арматурной проволоки на станах по производству холоднотянутой стабилизированной арматуры для изготовления железобетонных конструкций является целесообразное управление параметрами работы электроприводов стана с целью минимизации величины отклонения глубины насечки арматурной проволоки от допустимых по технологической карте значений при условии выполнения основных технологических требований, предъявляемых к электроприводам.
Анализ технологических особенностей производства высокопрочной арматуры, режимов работы электроприводов и предъявляемых к ним технологических требований позволит определить пути дальнейших исследований в направлении разработки эффективной с точки зрения уменьшения доли арматуры с глубиной насечки менее требуемых параметров системы автоматического управления электроприводами станов по производству арматуры.
Особенности технологии обработки проволоки на станах по производству холоднотянутой стабилизированной арматуры для изготовления железобетонных конструкций
Основные тенденции развития технологии производства предварительно напряженных железобетонных конструкций направлены на сокращение металло 16 емкости конструкции, снижение трудоемкости и энергетических затрат на их изготовление, снижение пересортицы, повышение стойкости и срока эксплуатации железобетонных изделий, а также увеличение выхода доли годной продукции [1].
В настоящее время применяется несколько технологий получения арматуры. К ним относятся технологии горячей и холодной прокатки проволоки, ее волочения с последующим упрочнением вытяжкой или скручиванием, волочения с последующей термообработкой и т.п. [3 – 5, 29, 30].
Стальная арматура для ответственных железобетонных конструкций и железобетонных шпал должна обладать комплексом высоких прочностных характеристик с сохранением пластических свойств. Данный комплекс механических свойств металла достигается за счет формирования в нем ультрамелкозернистой структуры (структуры с субмикрокристаллическими зернами размером 100 – 1000 нм и нанокристаллическими зернами размером менее 100 нм). Кроме того, арматура должна иметь высокие показатели прочности сцепления с бетоном, которые, в основном, достигаются за счет применения рациональных параметров насечки арматуры в соответствии с ГОСТ 7348 – 81, ТУ 1224 – 088 – 00187240 – 2013 и ТУ 0930 – 011 – 01115863 – 2008 на арматурную сталь [27, 28, 31 – 33].
Технология производства арматуры для изготовления ответственных железобетонных конструкций и железобетонных шпал нового поколения включает в себя следующие операции [34 – 36]: 1) патентирование катанки с целью получения ультрамелкозернистой структуры металла; 2) волочение с целью получения заданного сечения арматуры; 3) нанесение насечки; 4) стабилизация механических свойств арматуры с целью получения специальных свойств наноструктурированной арматуры: релаксационной стойкости, характеризующей способность арматуры противостоять пластической деформации при воздействии напряжений, и циклической прочности, характеризующей способность арматуры воспринимать повторные, знакопеременные нагрузки без разрушения. В последние годы в России и за рубежом выполнение последних двух операций совмещается в одном технологическом процессе на станах типа ISF 5. Совмещение технологических операций на одном стане позволяет сократить цикл производства арматуры и повысить выход годного продукта [37].
Одними из основных производителей станов с совмещением процессов нанесения насечки и стабилизации механических свойств арматуры являются фирмы Mario Frigerio S.p.a. (Италия) и GCR Eurodraw (Италия) [6 – 9].
В настоящее время производство арматуры в Российской Федерации на станах типа ISF 5 осуществляется на ОАО «ММК – МЕТИЗ», ОАО «Белорецкий металлургический комбинат», ОАО «Северсталь – метиз» (г. Череповец). Эти предприятия являются основными поставщиками арматуры для изготовления железобетонных конструкций повышенной прочности. Общая производительность станов на указанных предприятиях составляет около 42 тыс. т. в год при обработке проволоки различного сортамента [10 – 14].
Основные технологические и конструкционные параметры указанных станов идентичны. Поэтому результаты исследований, выполненных на стане ISF 5 ОАО «ММК-МЕТИЗ» могут быть использованы на других станах. На станах для производства высокопрочной стальной арматуры для изго товления железобетонных конструкций типа ISF 5 обрабатывают проволоку в ос новном из высокоуглеродистых марок стали диаметром от 3 до 10 мм. Основным сортаментом стана для производства высокопрочной стальной арматуры для же лезобетонных конструкций ISF 5 на ОАО «ММК – МЕТИЗ», изготовленного ита льянской фирмой Mario Frigerio S.p.a., является арматура диаметром 5 и 9,6 мм. Арматура диаметром = 5 мм используется для изготовления строительных кон струкций, = 9,6 мм – для изготовления железнодорожных шпал [31, 32].
Дисперсионный анализ влияния параметров работы электроприводов стана на глубину насечки
В первой главе указано, что к электроприводам агрегатов станов по производству арматуры для изготовления железобетонных конструкций предъявляются лишь общие требования по обеспечению безаварийной работы станов в различных режимах их работы. Указанные требования к электроприводам агрегатов станов не обеспечивают требуемой глубины насечки арматуры.
Из описания работы электроприводов стана ISF 5 (рисунок 1.6) установлено, что электропривод кабестана 7 обеспечивает требуемую по технологии скорость обработки проволоки, а электроприводы размоточного аппарата 1 и кабестанов 10 и 11 формируют в проволоке натяжения. Причем указанные натяжения могут варьироваться в широком диапазоне (задание на относительную величину момента торможения электродвигателя размоточного аппарата может изме няться в диапазоне от 0 до 100 %, а натяжение между группами кабестанов - от 0 до 78,4 кН) и задаются оператором на основе собственного опыта перед обработкой очередной партии металла.
Поставлена задача на основе экспериментальных исследований на промышленном стане провести оценку степени влияния электроприводов стана на глубину насечки арматуры, разработать математическую модель расчета натяжения в проволоке и методику определения допустимого изменения натяжения в проволоке, создаваемого электроприводом размоточного аппарата между роликовым правильным устройством и клетью профилирования.
Исследование влияния параметров работы электроприводов стана ISF 5 на глубину насечки арматуры С целью проверки значимости влияния электропривода размоточного аппа рата 1 (рисунок 1.6), создающего натяжение в арматуре между роликовым пра 55 вильным устройством 2 и клетью профилирования 3 (фактор ), и натяжения в арматуре на участке формирования механических свойств арматуры (фактор ), создаваемого электроприводами кабестанов 10 и 11, на глубину насечки арматуры на действующем стане ISF 5 ОАО «ММК – МЕТИЗ» были проведены экспериментальные исследования [56, 57].
Исследования проводились на исправном оборудовании стана, измерение глубины насечки арматуры выполнялось на образцах, произведенных в рабочем режиме производства арматуры.
В ходе эксперимента изготовление арматуры проводилось на штатных ра бочих линейных скоростях обработки арматуры диаметром и (таблица 1.4). В процессе выполнения одного эксперимента на стане величины факторов и не изменялись, ролики в клети профилирования не менялись, температура обработки и предельные отклонения диаметра проволоки соответствовали технологическим параметрам таблицы 1.4. В ходе эксперимента для случая изготовления арматуры диаметром были выбраны = 10 уровней варьирования первого фактора (величина задания на момент (рисунок 1.6) торможения электродвигателя размоточного аппарата) = 28; 37; 46; 55; 64; 73; 82; 91; 100; 109 и = 2 уровней варьирования второго фактора (величина задания на натяжение (рисунок 1.6) в арматуре на участке формирования механических свойств арматуры) = 3,9; 11,5 кН. Для случая изготовления арматуры диаметром выбраны =6 уровней варьирова ния первого фактора = 37; 55; 73; 91; 109; 127 и =2 уровней варьирова ния второго фактора =11,5; 29,4 кН. После выполнения каждого опыта из готовой продукции выбирался образец длиной 450 мм и на нем штатным прибором (индикатором часового типа ИЧЦ с ценой деления 0,01 мм по ГОСТ 577 – 68) выполнялось измерение глубины насечки арматуры N = 15 раз по пять измерений на каждой из трех граней образца. Измеренные значения глубины насечки арматуры отдельно для ве 56 личин диаметра арматуры и заносились в таблицы полного двухфакторного эксперимента (Приложение А) [55].
Для каждого измеренного значения глубины насечки арматуры выпол нялся расчет отклонения величины глубины насечки арматуры от норма тивного параметра Л (таблица 1.5) по выражению: -A, (2.1) где - порядковый номер уровня варьирования фактора ,... ; - порядковый номер уровня варьирования фактора , ...; - порядковый номер дублирующего измерения при каждом и сочетании уровней факторов и ,... .
Полученные результаты расчета величин отклонения глубины насечки ар матуры для различных уровней варьирования факторов и отдельно для случаев изготовления арматуры диаметром и приведены в таблицах 2.1, 2.2.
Согласно [55], необходимым условием применения аппарата дисперсионно го и регрессионного анализа является соответствие распределения случайной ве личины нормальному закону распределения и однородность дисперсий рассеяния значений на каждом из уровней сочетания факторов и . Проверка на нормальность распределения случайной величины от клонения глубины насечки арматуры на каждом уровне варьирования факторов и проводилось по критериям согласия по методике, представленной в [55].
Методика расчета целесообразного изменения момента торможения электродвигателя размоточного аппарата при изменении радиуса заполнения катушки проволокой
Сравнительный анализ данных таблицы 2.11 показал: - с увеличением угловой скорости вращения электродвигателя размоточ ного аппарата происходит значимое увеличение величин момента холостого хода с пустой катушкой и момента электродвигателя размоточного аппарата с полной катушкой (при изменении угловой скорости вращения электродвигате ля размоточного аппарата с 77,7 до 226,4 1/с изменение момента электродвигателя размоточного аппарата достигает 50 %); - величины момента холостого хода с пустой и момента электродвигателя размоточного аппарата с полной катушкой в функции угловой скорости вращения электродвигателя размоточного аппарата, измеренные в различные интервалы времени, значимо отличаются между собой (изменение момента электродвигателя размоточного аппарата достигает 20 %); - величины момента холостого хода с пустой и момента электродвигателя размоточного аппарата с полной катушкой, измеренные в один интервал времени на одинаковом уровне угловой скорости вращения электродвигателя размоточного аппарата, значимо отличаются между собой (изменение момента электродвигателя размоточного аппарата достигает 29,6 %).
На основании вышесказанного можно сделать следующие выводы: - изменение веса проволоки на катушке значимо влияет на изменение зна чений момента электродвигателя размоточного аппарата (при изменении веса проволоки на катушке от 0 до 4000 кг изменение составляет 12,9 – 29,6%). Следовательно, при расчете величины натяжения в проволоке между размо точным аппаратом и роликовым правильным устройством по выражению (2.10) необходимо учитывать изменение величины момента сопротивления , обу словленного действием сил трения в опорах цапфы катушки от веса проволоки; - изменение значений момента холостого хода электродвигателя размо точного аппарата с течением времени значительно (изменение момента электродвигателя размоточного аппарата достигает 20 %), что необходимо учитывать при определении в выражении (2.10).
С целью определения зависимости изменения значений момента холостого хода с пустой катушки и момента электродвигателя размоточного аппарата с полной катушкой в течении одной недели (межремонтного периода времени) с 10.10.2014 по 16.10.2014 проведены дополнительные экспериментальные исследования.
В ходе эксперимента отдельно для случаев работы электропривода размо точного аппарата с пустой и полной катушкой после выполнения ремонтных ра бот на стане изменялась величина угловой скорости вращения 10,1; 22,2; 33,3; 44,4; 68,6; 102,9; 137,2; 226,4 1/с электродвигателя размоточного аппарата и фиксировались величины момента и электродвигателя размоточного ап парата на указанных уровнях варьирования угловой скорости вращения. Резуль таты измерений значений момента холостого хода с пустой катушкой и мо мента электродвигателя размоточного аппарата с полной катушкой приведе ны в таблице 2.12.
В таблице 2.12 также приведены результаты расчета относительных вели чин и соответственно для значений момента и электро двигателя размоточного аппарата, рассчитанные по выражениям: Максимальные значения величин и в таблице 2.12 выде лены цветом. Согласно данных таблицы 2.12 величины и не превышают 3,65%. Следовательно, в пределах межремонтного периода изменением величин и на каждом уровне угловой скорости вращения электродвигателя размоточного аппарата можно пренебречь. Таблица 2.12 – Результаты измерений значений момента холостого хода с пустой и момента электродвигателя размоточного аппарата с полной катушкой
Для определения интервала изменения угловой скорости вращения элек тродвигателя размоточного аппарата на рабочей линейной скорости изготовления арматуры (таблица 1.4) по выражению (2.15) рассчитан диапазон изменения уг ловой скорости вращения электродвигателя размоточного аппарата при из менении радиуса заполнения катушки проволокой. Диапазон изменения угло вой скорости вращения электродвигателя размоточного аппарата для случая изготовления арматуры диаметром составил от 68,6 1/с до 226,4 1/с, для случая изготовления арматуры диаметром диапазон изменения величины угло вой скорости вращения электродвигателя размоточного аппарата составил от 22,2 1/с до 44,4 1/с. С учетом этого, по данным таблиц 2.11 и 2.12 по методике [66] выполнен расчет линейных регрессионных выражений вида А А изменения ве личин моментов холостого хода и моментов электродвигателей в функции изменения угловой скорости вращения электродвигателя размоточного аппарата в рабочих диапазонах изменения угловых скоростей вращения электродвигателя размоточного аппарата [67].
Проверка на адекватность результатов расчета регрессионных выражений ( ) и ( ) экспериментальным данным (таблицы 2.11, 2.12) вы полнена по методике, представленной в [55]. В результате проверки (приложение Г) доказана адекватность результатов расчета экспериментальным значениям. Графическая иллюстрация регрессионных выражений и собственно уравне ний регрессии приведены на рисунке 2.2. На рисунке 2.2 также приведены рабо чие диапазоны изменения угловых скоростей при производстве арматуры диаметром - и диаметром - . Из сравнения между собой величин коэффициентов А следует, что как для зависимостей ( ), так и для зависимостей ( ), величина А остается практически постоянной (изменение не превышает 2,2 %) и составляет в среднем Л = 0,045 Нмс. Величины свободных коэффициентов А уравнений регрессии (рисунок 2.2) изменяются существенно (изменение достигает 25 %) и их изменением пренебрегать нецелесообразно.
Совершенствование системы управления электроприводом размоточного аппарата стана ISF ОАО «ММК – МЕТИЗ»
В предыдущей главе определены конкретные дополнительные технологиче ские требования к электроприводу размоточного аппарата, реализация которых позволит обеспечить показатели глубины насечки на арматуре в пределах допу стимых значений. На основе методики расчета целесообразного изменения мо мента торможения электродвигателя размоточного аппарата при изменении ради уса заполнения катушки проволокой получены упрощенные эмпирические выра жения (3.4) и (3.5) для расчета величины задания на момент торможения элек тродвигателя размоточного аппарата в рабочем режиме изготовления арматуры на стане ISF 5 ОАО «ММК – МЕТИЗ».
На устройство управления электроприводом размоточного аппарата станов по производству стальной арматуры на основе расчета требуемой величины зада ния на момент торможения электродвигателя размоточного аппарата, обеспе чивающее стабилизацию натяжения в проволоке между роликовым правильным устройством и клетью профилирования, получен патент на полезную модель [79].
В данной главе поставлена задача разработки системы и алгоритма управления электроприводом размоточного аппарата для вновь строящихся и действующих станов, на которых планируется частичная реконструкция электрооборудования. Приведены результаты промышленных испытаний основных технических решений на стане ISF 5 ОАО «ММК – МЕТИЗ».
Разработка функциональной схемы системы управления электроприводом размоточного аппарата стана типа ISF 5 по производству стальной арматуры
Функциональная схема системы управления электроприводом размоточного аппарата станов типа ISF 5, реализующая разработанные технологические требования (п. 3.3), приведена на рисунке 4.1.
Функциональная схема системы управления электроприводом размоточного аппарата стана типа ISF 5: ПО – пульт оператора; БРМ – блок расчета задания на момент торможения электродвигателя размоточного аппарата; РЭ – релейный элемент; ЗИ – задатчик интенсивности; РС – регулятор скорости; БО1 – блок ограничения момента электродвигателя; РТx, РТy – регуляторы тока; ДС – датчик скорости; ПЧ – преобразователь частоты; БВП – блок векторного преобразования токов
В предложенной функциональной схеме сохранена штатная система управ ления электроприводом размоточного аппарата. Дополнительно в систему управ ления электроприводом размоточного аппарата станов типа ISF 5 включен блок расчета задания на момент торможения электродвигателя размоточного аппарата (БРМ). Расчет управляющего воздействия выполняется в блоке БРМ в зави симости от текущего режима и технологических условий работы электропривода размоточного аппарата [80].
Функциональная схема блока расчета задания на момент торможения электродвигателя размоточного аппарата БРМ (рисунок 4.1) изображена на рисунке 4.2.
Из АСУ ТП стана типа ISF 5 в блок БРМ подаются следующие сигналы:
1. Параметры проволоки: – диаметр проволоки заготовки; - предел те кучести проволоки; – модуль упругости Юнга. Данные параметры требуются для расчета радиуса заполнения катушки проволокой, усилия сопротив ления разгибу проволоки, усилия сопротивления протягиванию проволоки че рез роликовое правильное устройство.
2. Геометрические параметры роликового правильного устройства: – горизонтальное расстояние между осями нижних роликов; – вертикальное расстояние между осями роликов; – радиус цапфы ролика; – радиус роли ка; – коэффициент трения качения в подшипниках цапф роликов; – количе ство роликов, требуемые для вычисления величины усилия сопротивления протягиванию проволоки через роликовое правильное устройство.
3. Величина линейной скорости обработки проволоки , требуемая для рас чета радиуса заполнения катушки проволокой и угловой скорости вращения электродвигателя размоточного аппарата.
4. Геометрические параметры устанавливаемой катушки: ширина катуш ки; , – минимальный и максимальный радиус заполнения катушки проволокой, требуемые для расчета радиуса заполнения катушки проволокой и момента сопротивления .
5. Величина задания на натяжение в проволоке между роликовым пра вильным устройством и клетью профилирования.
6. Сигналы текущего режима работы стана: флаг “Заправка”, флаг “Работа”, флаг “Аварийная ситуация 1”, флаг “Аварийная ситуация 2”. Формирование управляющего воздействия на электропривод размоточного аппарата происходит по сигналам текущего режима работы стана: флаг “Заправка”, флаг “Работа”, флаг “Аварийная ситуация 1”, флаг “Аварийная ситуация 2”.