Аннотация
Целью исследования является ограничение динамических нагрузок электромеханических систем валков клетей прокатных станов, работающих с ударным приложением нагрузки. Исследования выполнены на примере электропривода реверсивной клети толстолистового стана 5000 ПАО «Магнитогорский металлургический комбинат» (ПАО «ММК). Отмечена актуальность решения данной проблемы, обусловленная расширением сортамента за счет производства проката из труднодеформируемых марок стали. Раскрыта причина недопустимых динамических нагрузок при захвате металла валками вследствие наличия угловых зазоров в механических передачах. Рассмотрен механизм возникновения ударов в шпиндельных соединениях при замыкании углового зазора. Показано, что основным известным способом их ограничения является захват металла в режиме ускорения электропривода. Выполнен анализ осциллограмм моментов двигателей и моментов валу шпинделей реверсивной клети стана 5000 при захвате металла валками. Сделан вывод, что, несмотря на существенное ограничение нагрузок, известный способ не обеспечивает необходимого снижения динамического момента. В качестве основной причины названо перерегулирование момента, обусловленное настройкой двухконтурной системы автоматического регулирования (САР) скорости электропривода. С целью ограничения данной составляющей предложен способ опережающего увеличения скорости на величину динамической ошибки регулирования скорости при ударном приложении нагрузки. Предложены эмпирические зависимости для вычисления ошибки в одно- и двукратноинтегрирующей САР скорости. Представлены осциллограммы координат электропривода при захвате металла валками при реализации разработанного алгоритма управления на стане 5000. Показано снижение ударной нагрузки в 1,45 раза, что подтверждает техническую эффективность разработанного способа. Для дальнейшего снижения динамических нагрузок рекомендовано формирование тахограмм электропривода, предусматривающих торможение двигателя с заданным темпом после захвата.
Ключевые слова
Толстолистовой прокатный стан, реверсивная клеть, главная линия, шпиндельное соединение, угловой зазор, нагрузка, ударное приложение, момент, перерегулирование, ограничение, электропривод, скорость, способ, система, разработка, экспериментальные исследования, рекомендации.
1. Gasiyarov V.R., Radionov A.A., Karandaev А.S., Khramshin V.R. Method of Limiting the Dynamic Loads on Hot Plate Mill's Mechatronics System. IEEE 10th International Conference on Mechanical and Intelligent Manufacturing Technologies (ICMIMT). 2019. P. 43-47. DOI: 10.1109/ICMIMT.2019.8712076.
2. Обоснование способов ограничения динамических нагрузок электромеханических систем клети прокатного стана / А.Г. Шубин, Б.М. Логинов, В.Р. Гасияров, Е.А. Маклакова // Электротехнические системы и комплексы. 2018. №1(38). С. 14-25. DOI: 10.18503/2311-8318-2018-1(38)-14-25.
3. Karandaev A.S., Loginov B.M., Gasiyarov V.R., Khramshin V.R. Force limiting at roll axial shifting of plate mill // Procedia Engineering. 2017. Vol. 206. P. 1780-1786. DOI: 10.1016/j.proeng.2017.10.713 (англ).
4. Karandaev A.S., Loginov B.M., Radionov A.A., Gasiyarov V.R. Setting Automated Roll Axial Shifting Control System of Plate Mill. Procedia Engineering, 2017. Vol. 206. P. 1753-1750. DOI: 10.1016/j.proeng.2017.10.709.
5. Gasyarov V.R., Radionov A.A., Loginov B.M., Voronin S.S., Khramshin V.R. Improvement of Work Roll Bending Control System Installed at Plate Mill Stand. Proceedings of the 9th International Conference on Computer and Automation Engineering (ICCAE 2017). Sydney, Australia. 2017. P. 269-273. DOI: 10.1145/3057039.3057105.
6. Чертков Г.В. Оборудование прокатных и прессовых цехов. Электронный атлас конструкций и деталей изучаемого оборудования. Учебное пособие / Г.В. Чертков. Самара: Изд-во Самар, гос. аэрокосм, ун-та, 2012. 100 с.
7. Khramshin V.R., Karandaev A.S., Evdokimov S.A., Andryushin I.Yu., Shubin A.G., Gostev A.N. Reduction of the Dynamic Loads in the Universal Stands of a Rolling Mill. Metallurgist. Vol. 59. No 3-4, July 2015. P. 315-323. DOI:10.1007/s11015-015-0103-8.
8. Khramshin V.R. Gasiyarov V.R., Karandaev A.S., Shubin A.G. Method of Reduction of an Edging and Horizontal Rolls Electromechanical Systems Interrelation in Universal Stand of a Rolling Mill. Procedia Engineering, 2017, Vol. 206. P. 1761-1767. DOI: 10.1016/j.proeng.2017.10.710.
9. Gasiyarov V.R., Radionov A.A., Karandaev A.S., Khramshin V.R. Method of Load Calculation of Electrical Drives of Rolling mills During Heavy Plate Manufacturing. 9th International Conference on Mechatronics and Manufacturing (ICMM 2018). IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering, 361 (2018) 012014. DOI:10.1088/1757-899X/361/1/012014.
10. Shubin A.G., Loginov B.M., Khramshin V.R., Evdokimov S.A., Karandaev A.S. System of Automated Control of Hydraulic Screw-down Mechanisms of Plate Mill Stand. Proceedings of 2015 International Conference on Mechanical Engineering, Automation and Control Systems (MEACS). 2015. 6 p. DOI: 10.1109/MEACS.2015.7414858.
11. Karandaev A.S., Gasiyarov V.R., Maklakova E.A., Loginov B.M., Khramshina E.A. Method limiting dynamic loads of electromechanical systems of plate mill stand, 2018 IEEE Conference of Russian Young Researchers in Electrical and Electronic Engineering (EIConRus), Moscow and St. Petersburg, Russia, 2018, pp. 651-656. DOI: 10.1109/EIConRus.2018.8317180.
12. Radionov A.A., Gasiyarov V.R., Karandaev A.S., Khramshin V.R., Maklakov A.S. Use of Automated Electric Drives for Limiting Dynamic Loads in Shaft Lines of Roll Mill Stands. The Journal of Engineering. The 9th International Conference on Power Electronics, Machines and Drives (PEMD 2018). 2018. 4 p. DOI: 10.1049/joe.2018.8135.
13. Диденко Е.Е. Способы снижения динамических нагрузок трансмиссий рабочих валков при входе полосы в клети чистовой группы стана горячей прокатки // Автоматизированные технологии и производства. 2017. №1. С. 25-27.
14. Экспериментальные исследования и промышленное опробование способов снижения динамических нагрузок в редукторных линиях приводов черновых клетей НТЛС 1680 / П.В. Крот, А.Ю. Путноки, О.М. Клевцов, А.А. Ермоленко // Труды V Конгресса прокатчиков, Череповец, 21-23 октября 2003 г. М.: ОАО «Черметинформация», 2004. С. 523-529.
15. Бычков В.П. Электропривод и автоматизация металлургического производства: учебное пособие для вузов. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Высш. школа, 1977. 392 с.
16. Radionov A.A., Gasiyarov V.R., Baskov S.N., Karandaev A.S., Khramshin V.R. Mathematical Modeling of Mechatronics System Hydraulic Screwdown Mechanism – Electric Drive of Rolling Mill Stand 9th International Conference on Mechatronics and Manufacturing (ICMM 2018). IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering, 361 (2018) 012020. DOI:10.1088/1757-899X/361/1/012020.
17. Разработка математической модели взаимосвязанных электротехнических систем клети толстолистового прокатного стана / С.Н. Басков, В.Р. Гасияров, Б.М. Логинов, В.Р. Храмшин, К.Э. Одинцов // Известия вузов. Электромеханика. 2017. Т. 60. № 6. С. 55-64.
18. Karandaev A.S., Khramshin V.R., Andryushin I.Yu., Petryakov S.A., Khramshin R.R. Method for correction of gauge interference of the head-strip section in a system for automated controlling of the thickness of a broad-strip hot-rolling mill (2013) Russian Electrical Engineering, 84 (8), pp. 441-445.
19. Краус Б.А. Регулирование скорости электропривода чистовой клети стана горячей прокатки при заходе металла в валки // Известия вузов. Электромеханика. 1980. №10. С. 1079-1081.
20. Казанцев, В.П. Системы управления исполнительными механизмами. Пермь: РИО ПГТУ, 2010. https://studopedia. su/13_38492_ispolnitelnimi-mehanizmami. html
21. Constraining the Dynamic Torque of a Rolling Mill Stand Drive / V.R. Khramshin, V.R. Gasiyarov, A.S. Karandaev, S.N. Baskov, B.M. Loginov // Вестник ЮУрГУ. Серия «Энергетика». 2018. Т. 18, №1. С. 101–111. DOI: 10.14529/power180109