CC BY
18
rriTrn rr Kmrjjrrpn:p, / 01
-2 (34). 20051 U I
" \
The results of measuring of moment of flexibility force and engines currents in glues duo No 2, 3, 4 in the period of free bar catching and interaction through the bar and also data of computer modeling are presented.
в. В. ВЕРЕНЕВ, ИЧМим. З.И.Некрасова HAH Украины, А. Ю. ПУТНОКИ, С. В. МАЦКО, ОАО «Запорожсталъ»
ДИНАМИКА ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ЧЕРНОВЫХ КЛЕТЕЙ ЧЕРЕЗ ПРОКАТЫВАЕМУЮ ПОЛОСУ
УДК 621.78
Постановка задачи
При исследовании динамики взаимодействия клетей через полосу во время непрерывной прокатки в большинстве случаев рассматривают переходные процессы по току и частоте вращения главных приводов [1]. С помощью этих параметров, измеряемых штатными приборами, оценивают преимущественно продольное усилие в полосе, находящейся в межклетьевом промежутке. При этом учитывается низкочастотная составляющая, соответствующая частотным свойствам главных приводов (2—5 Гц).
Вместе с тем в механическом оборудовании клетей имеют место колебательные процессы с более высокими частотами (10—50 Гц), которые фиксируются в случае измерения момента сил упругости [2]. Эти данные позволяют глубже определить процессы, происходящие в оборудовании при взаимодействии клетей через полосу.
В данной работе поставлена задача на примере черновой группы широкополосного стана 1680 ОАО «Запорожсталь» показать характер переходных процессов, прежде всего в линиях главного привода смежных клетей в процессе их взаимодействия через полосу, а также представить ряд вытекающих из этого следствий.
Исходные данные
Процесс и параметры непрерывной прокатки в черновых клетях стана 1680 описаны в [1]. На рис. 1 показана схема клетей черновой группы с указанием расстояний и средней толщины полосы в межклетьевом промежутке. Непрерывная прокатка осуществляется в парах клетей дуо~№1, №2-№3 и №3—№4. В клетях №1 и №2 установлены двигатели переменного тока с нерегулируемой частотой вращения; клети дуо, №3 и №4 содержат двигатели постоянного тока. При непрерывной прокатке скорость клети дуо подстраивается под скорость клети №1, а скорость клети №3—под скорость клети №2. Все клети содержат редукторный привод.
9 9
Рис. 1. Схема расположения черновых клетей стана 1680 с указанием межклетьевых расстояний и средней толщины полосы: М и В — точки, в которых измеряли момент сил упругости и вибрацию; Э — клети с вертикальными валками
Во время опытно-промышленных исследований* измеряли момент сил упругости в главных линиях клетей (с помощью наклеиваемых на промежуточный вал тензорезисторов), а также температуру металла перед черновой группой, обжатия в клетях, ток и частоту вращения электродвигателей.
Кроме того, в ряде точек прокатной, шестеренной клети и корпуса редуктора измеряли вибрацию.
Анализ результатов
Основное внимание уделяли характеру изменения момента сил упругости, поскольку штатные приборы для его измерения на прокатных станах, как правило, отсутствуют. В качестве параметра, характеризующего уровень динамической перегрузки, принят коэффициент динамичности К. Это позволяет проводить количественный сравнительный анализ переходных процессов в одной клети при разных условиях прокатки или между клетями.
* При участии А.П. Даличука, П.П. Цымбала, П.В. Крота, В.В. Коренного, Н.И. Подобедова.
82 1г
Взаимодействие клетей дуо-№1 (рис. 2)
При захвате металла валками максимальный момент сил упругости и коэффициент динамичности существенно зависят от зазоров в сочленении валок-шпиндель. За счет этого в клети дуо К изменяется в пределах X" =1,6—2,3, Котт=2,2— 2,9, в клети №1 К|ср=2,2-3,5, /Г1тах=3,3-5,0. Здесь левая граница соответствует измерениям после
установки в клети шпинделей с новыми бронзовыми вкладышами.
При непрерывной прокатке, т.е. когда происходит захват полосы валками клети №1, в то время как в клети дуо продолжается прокатка, в линии привода клети дуо на промежуточном валу между редукторами формируется явно выраженный положительный импульс, сопровождаемый
»»мл-ш ¡л***«" тмлгш мим_п ;»* ммшт* ИИЛЙ! илимви »»»»«г»« п» иле ш
а
М
б.
М
>>., В
I,
л».-.
V* -
! в I
I .1
Г""/........","17".....
Рис. 2. Момент сил упругости М, вибрация В корпуса редуктора и ток / двигателя
в паре клетей дуо—№1
клети дуо при непрерывной прокатке сляба
/; гтг.^ г
-2 (34). 2005
/83
колебаниями момента сил упругости (рис. 2, в). Появление подобного импульса возможно только в результате действия мгновенного подпора, который приводит к увеличению момента сопротивления на валках клети дуо. Коэффициент динамичности импульса составляет ^оср=1,7, Кота=2,\. Частота колебаний момента практически такая же, что и при захвате полосы. Таким образом, как результат взаимодействия клетей через полосу, отклик в линии привода клети дуо характеризуется коэффициентом динамичности, соизмеримым с его значением при захвате полосы. Подобная реакция наблюдается в токе двигателя клети дуо, в то время как при захвате полосы пиковые значения в токе отсутствуют. Измерение тока двигателя (рис. 2, б) с большой частотой позволяет качественно судить о колебательном процессе в механической части крутильной системы линии привода клети дуо при взаимодействии клетей. О том, что взаимодействие клетей дуо и №1 через полосу существенное, подтверждает уровень вибрации корпуса редуктора, соизмеримый с вибрацией при захвате полосы валками клети дуо (рис. 2).
Одновременные колебания с равной частотой моментов сил упругости в обеих клетях указывают на то, что с такой же частотой колеблется и продольное усилие в полосе. После завершения переходного процесса в главных линиях режим прокатки в клетях стабилизируется: соотношение скоростей в клетях самоустанавливается на уровне, соответствующем межклетьевому усилию (подпору или натяжению при отсутствии корректирующих сигналов системы регулирования).
Взаимодействие клетей №2—№3 и №3—№4 (рис. 3, 4)
В данных парах клетей при свободном захвате полосы динамические нагрузки и коэффициент
динамичности также существенно зависят от угловых зазоров в линии привода. Средние и максимальные значения К (в разные периоды измерений и техническом состоянии оборудования) лежат в пределах: =2,3—4,0, А"2тах=3,0—4,7;
^=2.5-3,8,
=3,3-4,5;
А: =2,5-3,0,
^=3,0-3,3.
Анализируя реакцию главных линий клетей №2 и №3 на захват полосы соответственно в клетях №3 и №4, приходим к следующему. Несмотря на сравнительно большое расстояние между клетями, в клетях №2 и №3 возбуждаются колебания момента с низшей формой собственной частоты линии привода. Реакция момента имеет вид явно выраженных биений, что объясняется близостью двух низших собственных частот линий. Значение коэффициента динамичности при взаимодействии клетей составляет: А^ =1,6, А^тах=2,1;
=2,1, КЪтА=2,Ъ. Это меньше, чем при собственно захвате полосы. Однако значения К следует признать все же значительными, поскольку перегрузки действуют на зубчатые зацепления.
В паре клетей №3—№4 данные записи тока показывают, что в период захвата полосы и взаимодействия клетей характер изменения тока не отражает колебательный процесс в крутильной системе главных линий (рис. 4).
Вид реакции (отклика) линии привода клетей №2 и №3 на захват полосы соответственно в клетях №3 и №4 отличается от вида реакции клети дуо на захват сляба в клети №1. В клетях №2 и №3 первый пик момента всегда меньше второго, явно выражены биения колебаний. В клети дуо явно выражен первый максимальный импульс момента сил упругости с последующими колебаниями незначительной амплитуды.
Основываясь на данных измерений, можно следующим образом интерпретировать динамику процесса взаимодействия клетей №2~~№3 и №3—
1900.00
1гоо.оо
иоооо ккюоо
ммю
ОУПвЛО
«идее.«*» окоол»
г»лэАг»гл»>Iл»'я*.*»»«&»*
¿400 ОО г Зюм.ск* ЯЯ&О.Ю&
гюоол а&ктхю
190П 00 1МО.ОО о©
ЦЮОЖИ»
1жк» во
»290,«И»
к т>.*я*
(НИМОО «мдов-де
ОУООЛЮ
О*«*» о»»
»(•«»I
Мз
Я |ОЮ.ОО ¿0ДО -ОО
••оо лп
I 70в .ОО
1*оо.сн»
М2 6
9 * лфлмишгз а %
¿дао .«ю а«**», ©о
*г«та,оо
Я 1ПО.ОО
гоовлю 1*00.00
Рис. 3. Момент сил упругости М в линии привода клети №2 при захвате полосы (а) и взаимодействии (б) с клетью №3
84,
ттгг? г: готг-ггтггта
(34). 2005-
Ц|«|«|«* 1)г«>41|||| 13|«|431270 »>«143:424
мооло | зговло 1, зооо.оо ) 2МЮ.ОО)
геао.оо |
2400.00 »
2¿00,00 I 2000.00 } 1вОО.ОО 1
М4
и>*!4г«Э 1Э>4»|43|111 »¡46.ЧЗ.-4И
рА
^ЦЧ—^[Ч-Г]
1МЮ.ОО I 14вв.Ов ]
1200.00 * 1000 .00 | 0800.00 | 0&00.00 » »400.00 | огоо .оо ? оооо .оо .4.
11» <4*. >42 1)>«>4)|Ш 1314Ь.43с2ТО 1Э.46
1НЮ.ОО I...... * ■..........'
т
1ооо.оо | ■ <¿ 4 ■ ■ ; - '
овооло | ■ » ; •
оооо .оо * « ^ -п <а л —:
»Э>4^:4^гI,»»,» 1Э>4*.Нк»<111 1»>4»е*Э12/0
|)|4|««йи «Эг4«.г5'»:74в
1Э>4Ь «1)41$ 1 Эг4Ь |в
1«ООДК> | 1400.00 ' 1200.00 1000.00 ) овоо.оо >
ОЬОО .ОО ( 0400.00 | 0200.00 )
ОООО.ОО -----------------
1»1и»|««|41в |Э;4»|5ЧЛ7!' 1Эг46|5*<7-«5 1Э!4»
1з
2000.00 |
1500Л01 <
ОООО.ОО
,00
»Э(4Ь*«|*77 1Э'4(,|«*'.74Б
Рис. 4. Момент сил упругости М и ток / двигателя клетей №3 и №4 при захвате (а) и взаимодействии (б) клетей
№4. При заполнении очага деформации металлом клети №3 (№4) и начале роста момента прокатки на валках частота вращения последних начинает уменьшаться из-за упругого закручивания валопровода, одновременно уменьшается скорость входа металла в очаг деформации клети №3 (№4). Частота вращения валков и скорость выхода полосы из предыдущей клети №2 (№3) некоторое время остаются без изменений. В результате такого рассогласования скоростного режима двух смежных клетей в полосе формируется подпор. Однако ввиду недостаточной жесткости полосы в продольном направлении и большого межклетьевого расстояния между горизонтальными клетями подпор создается между горизонтальной клетью, где произошел захват полосы, и вертикальной клетью, расположенной перед горизонтальной. На участок вертикальная клеть—предыдущая горизонтальная клеть подпор не распространяется. Поэтому клеть №2 (№3) не реагирует на подпор.
Затем в результате упругого раскручивания главной линии скорость валков и входа полосы в очаг клети №3 (№4) увеличивается, происходит формирование и резкое увеличение межклетьевого натяжения. При этом направление вращения валков вертикальной клети способствует его распространению в полосе до предыдущей клети. Скачкообразное действие натяжения на валки клети №2 (№3) вызывает колебания момента сил упругости в этой клети.
Таким образом, различие во взаимодействии клетей дуо-№1 и №2-№3 или №3-№4 состоит в том, что в первой паре при согласованной скорости прокатки в полосе в начальной фазе формируется подпор, передающийся непосредственно валкам клети дуо и стремящийся увеличить в ней момент сопротивления на валках. В двух других парах клетей подпор не «доходит» до предыдущей клети из-за наличия эджеров, эта клеть реагирует на скачкообразное натяжение, следующее за подпором. Этим объясняется разный вид реакции динамического взаимодействия в рассмотренных парах клетей.
Уточнить процессы, происходящие на начальном этапе взаимодействия клетей, позволяют данные компьютерного моделирования [2]. На рис. 5 показан один из вариантов расчетов для двух клетей с двигателями постоянного тока. В момент 7=0,01 с происходит захват полосы валками второй клети, в то время как в первой клети ведется прокатка. За счет упругого закручивания валопровода, в частности на шпиндельном участке (М23), частота вращения валков второй клети начинает заметно уменьшаться. Это приводит к уменьшению скорости входа полосы во вторую клеть и началу роста подпора Тп в полосе, поскольку скорость ее выхода из валков первой клети некоторое время остается постоянной. Подпор Т12 действует в качестве дополнительного к моменту прокатки возмущения и приводит к дополнительному упругому закручиванию валопровода первой
лггттг^ гг г/;щ?шггптг?
-2 (34). 2005
/85
0 • ....... 1
\ / \
200 V
1]2.кн
М2 1
0,02 0,04 1,с
Рис. 5. Характер изменения параметров в начальный период взаимодействия клетей №1 и №2 через прокатываемую полосу
при ее захвате валками второй клети: >®в2 >®д, > ®д2 —
относительная угловая скорость валков и двигателей; х ~ относительная деформация станин клетей; 5 — опережение; у — относительная скорость выхода металла из клети № 1 и
входа в клеть №2; Тп — подпор; д7 - относительный момент сил упругости на моторном (12) и шпиндельном (23) участках клетей №1 (е) и №2 (ж). Участок 0—0,01с соответствует установившемуся режиму прокатки клети №1 перед захватом полосы клетью №2
клети (кривая М23 на рис. 5, е). С некоторым
запаздыванием начинают уменьшаться частота вращения валков первой клети и скорость выхода полосы из нее. В соответствии с колебаниями разности скорости полосы на выходе из первой клети и на входе во вторую клеть колеблется продольное усилие Тп в полосе.
Возмущение со стороны полосы (подпор) вызвало колебания момента сил упругости в первой клети при коэффициенте динамичности
на шпиндельном (М23) и моторном (М12) участках, равном соответственно 1,9 и 2,3 (рис. 5, ё). Из рис. 5 определяем, что частота вращения
валков со„ и скорость полосы у на входе и выходе из клетей на начальном участке могут значительно изменяться. Следует отметить, что уменьшение частоты вращения двигателей сод обеих клетей происходит заметно позже, чем валков.
По данным рис. 5 определяем, что угловая скорость валков юв и полосы на входе и выходе из клетей на начальном этапе может значительно изменяться. Отметим также, что уменьшение скорости двигателей сод обеих клетей происходит заметно позже, чем валков.
Таким образом, исследование «невидимого» начального участка переходного процесса, параметры которого не фиксируются измерителями существующих систем регулирования, позволяет сделать вывод о его существенном влиянии на последующее формирование и развитие характера изменения технологических, кинематических и силовых параметров при взаимодействии клетей через полосу.
Выводы
Измерение момента сил упругости в главных линиях взаимодействующих смежных клетей позволяет глубже исследовать начальный участок переходных процессов в механическом оборудовании и прокатываемой полосе.
В парах клетей дуо—№1, №2—№3 и №3—№4 при работе в режиме непрерывной прокатки во время захвата полосы валками второй клети отмечено существенное взаимодействие. Оно состоит в том, что в линии привода первой клети возбуждаются колебания момента, соизмеримые с колебаниями при свободном захвате полосы. При этом в клетях дуо—№1 возмущение через полосу передается в виде быстронарастающего подпора, а в клетях №2—№3 и №3—№4 — в виде натяжения.
Привлечение компьютерной модели позволило установить характер изменения и взаимодействия технологических параметров (опережения, скорости выхода и входа полосы, частоты вращения валков) и силовых параметров (моментов сил упругости, силы прокатки и деформации клети), которые не фиксируются существующими на станах измерителями на начальном участке переходного процесса.
Дальнейшее развитие исследований направлено на изучение влияния отклонения технологических параметров (температуры и толщины полосы, скорости прокатки, рассогласование скоростей в клетях) на продольную разнотолщинность
ое /лггггп rr ктшгггггг?
UU / 2 (3«, 2005———-
и динамические нагрузки в оборудовании, а также параметров оборудования (податливости упругих связей, моментов инерции, диаметра валков) на технологические параметры. Это позволит определить рациональное соотношение между параметрами технологии и оборудования.
Литература
1. Непрерывная прокатка / Под ред. В.Н.Данченк! Днепропетровск: РВА "Дншро-ВАЛ". 2002. С. 22-31.
2. Пути оки А.Ю., Вере не в В.В. Модель динами ческого взаимодействия смежных черновых клетей широка полосного стана при непрерывной прокатке // Металл и лит^ Украины. 2002. № 12. С. 26-30.
