CC BY
14
УДК 621.3.076
DOI: 10.24412/2071-6168-2023-3-47-50
МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ДИНАМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В ЧЕРНОВОЙ КЛЕТИ ПРОКАТНОГО СТАНА С СИНХРОННЫМ ЭЛЕКТРОПРИВОДОМ ПРИ ВХОЖДЕНИИ
СЛЯБА В МЕЖВАЛКОВЫЙ ПРОМЕЖУТОК
В.Н. Мещеряков, Д.В. Мигунов
Актуальность исследований определяется высоким уровнем динамических нагрузок в черновой клети стана горячей прокатки, возникающих в момент вхождения сляба в межвалковый промежуток. Исследован метод снижения динамических нагрузок в электромеханической системе клети черновой группы стана горячего проката, основанный на регулировании напряжения возбуждения синхронного электродвигателя, осуществляемый перед вхождением и после вхождения сляба в межвалковый промежуток. Представлена компьютерная модель трехмассовой упруго связанной электромеханической системы с синхронным двигателем. Получены графики изменения момента двигателя без регулирования напряжения возбуждения и при регулировании напряжения возбуждения, показавшие результативность применения данного метода управления синхронным двигателем для снижения динамических нагрузок в электромеханической системе.
Ключевые слова: прокатный стан, синхронный двигатель, обмотка возбуждения, математическая модель, динамические нагрузки.
Электромеханическая система (ЭМС) черновой клети стана горячей прокатки является многомассовой, она управляется синхронным двигателем (СД) мощностью10 МВт, имеющим при прямом подключении обмоток статора к трехфазной питающей сети абсолютно жесткие механические характеристики. Демпфирующая способность электропривода с такими механическими характеристиками невысокая [1], поэтому при возмущающих воздействиях, связанных с вхождением сляба в межвалковый промежуток клети и захвате сляба валками, возникает колебательный процесс [2-6]. При использовании нерегулируемого синхронного электропривода процесс управления динамикой прокатной клети возможен только по каналу возбуждения двигателя [7]. Обмотка возбуждения мощного синхронного двигателя является достаточно инерционной, поэтому необходимо исследовать переходные процессы, связанные с управлением током возбуждения двигателя и возможность подавления колебания момента двигателя при наличии возмущающих воздействий в механической части привода.
Кинематическая схема главного привода черновой клети стана горячей прокатки является достаточно сложной, состоящей из большого количества элементов (рис. 1).
10.1
редуктора; 4 - шестерное колесо редуктора; 5 - муфта; 6.1, 6.2 - шестеренные пары; 7.1 и 7.2 - головки шпинделей (шестеренные); 8.1 и 8.2 - головки шпинделей (валковые); 9.1 и 9.2 - валки
рабочие; 10.1 и 10.2 - валки опорные
ЭМС прокатной клети может быть представлена трехмассовой упруго связанной системой, движение которой описывается следующими уравнениями, записанными в операторной форме:
' мдв - м12 =
< М12 - М23 = J2pю2, (1)
[М2з - М = JзPШз,
где Мдв - момент дСД; М12, М23 - упругие моменты в ЭМС; Мс - статический момент; Jl - момент инерции электропривода; J2 - приведенный момент инерции зубчатых колес редуктора; Jз - приведенный момент инерции валковой группы; ю1, ю2, ю3 - скорости приведенных к валу СД масс - первой, второй и третьей.
В рассматриваемой системе обмотка статора СД напрямую подключена к трехфазной сети 10 кВ. Возможность регулирования напряжения и частоты отсутствует. Управляющие воздействия возможны только по каналу питания обмотки возбуждения.
47
Электромагнитный момент СД определяется:
М = 3р (I, Ч -1,,^,)' (2)
дв 2 V Ц 1а 1а
где рп - количество пар полюсов, - проекции тока статора на оси прямоугольных координат а и q;
- потокосцепления статора СД по осям а и q. Из (2) видно, что магнитный поток напрямую влияет на момент СД.
Компьютерная имитационная модель, показанная на рис. 2, позволяет исследовать разработанный в [8] метод и устройство управления процессом возбуждения при вхождении сляба в межвалковый промежуток.
При вхождении сляба в межвалковый промежуток происходит резкий наброс нагрузки на валу СД, и в электромеханической системе происходят значительные колебания переменных - момента, тока статора СД и мощности, потребляемой из сети.
На рис. 3 показана осциллограмма активной мощности потребляемой СД из сети, приведенной к номинальной мощности двигателя, полученная с помощью приложения STrace 5.5.0.9. входящего в пакет DriveMonitor 5.3.3.3, предназначенный для параметрирования электроприводов фирмы «Siemens». Реальные осциллограммы были сняты для использовавшегося ранее в клети синхронного двигателя СДСЗ-490-18/40. На этом же рисунке также показан аналогичный график, полученный методом компьютерного моделирования. В компьютерной модели использовались данные установленного в настоящее время двигателя S5E2800M46-40SE фирмы «LDW». Двигатели имеют одинаковые параметры статора, однако момент инерции и параметры цепи ротора несколько различаются, что определяет неполное совпадение графиков переходных процессов. Тем не менее, можно считать характер переходных процессов в полученных в компьютерной модели, соответствующим характеру переходных процессов в реальном объекте.
Из приведенной осциллограммы видно, что максимальная активная мощность, потребляемая из сети, на первом полупериоде колебаний в 1,8 раз больше установившегося значения, соответствующего установившемуся режиму прокатки сляба в черновой клети. Колебания момента происходят в двигателе и передаются в механическую часть ЭМС. Это определяет необходимость разработки метода снижения динамических нагрузок в ЭМС клети.
Предложенный метод управления синхронным двигателем заключается в следующем. При приближении сляба к валкам резко уменьшают напряжение возбуждения, в результате снижается ток возбуждения и двигатель подтормаживается. Затем в момент вхождения сляба в межвалковый промежуток напряжение возбуждения изменяется до форсированного уровня, увеличивается ток возбуждения, возрастает момент синхронного двигателя. В результате двигатель вместе с валками и слябом движется короткий интервал времени с форсированным моментом, затем форсировка напряжения возбуждения прекращается, напряжение возбуждения восстанавливается до номинального уровня. Это позволяет снизить уровень динамических нагрузок в электромеханической системе черновой прокатной клети.
Результаты компьютерного моделирования динамических процессов в ЭМС клети черновой группы прокатного стана приведены на рис. 4.
Моделировался режим работы электропривода без регулирования возбуждения и режим предельного регулирования возбуждения, когда для снижения момента СД в момент времени ti изменялась полярность тока возбуждения, в момент времени t2 подавалось форсированное напряжение возбуждения исходной полярности, а затем в момент времени t3 восстанавливалось номинальное напряжение питания обмотки возбуждения.
Анализ графика изменения электромагнитного момента СД М1дв без использования предлагаемого способа управления возбуждением и при регулировании возбуждения СД Мдв показывает, что амплитудное значение перерегулирования момента СД на первом полупериоде колебаний, вызванных захватом сляба валками, в случае использования предлагаемого метода управления возбуждением СД снизилось на 2,5 раза.
Рим, О е.
1
г
АР. «л
1
12 3 15 6 7 8
Рис. 3. Осциллограммы и результаты моделирования активной мощности СД при вхождении сляба в черновую клеть
1Л, о.е.
Ь, о.е. М, о.е. М)д., о.е, р-
М, о.е.
Г\м
м' \ (\ /п
I. 1 Ч'р^-ьД^' 1__ЧГ; Г1 П 1 Г¥ и и У Г\' "
1 1 V
«1 П1 ъ
Рис. 4. Графики изменения переменных во времени в процессе вхождении сляба в клеть
Выводы. Управление моментом синхронного двигателя, осуществляемое путем регулирования тока возбуждения, заключающееся в снижении тока возбуждения при подходе сляба к клети, форсировке тока возбуждения при захвате сляба валками и отключении форсировки тока возбуждения после окончания переходного процесса, позволяет снизить динамические нагрузки в электромеханической системе черновых клетей станов горячего проката, что позволит увеличить срок службы оборудования.
Список литературы
1. Москаленко В.В. Электрический привод: учебник для студ. высш. учеб. заведений. М.: Издательский центр «Академия», 2007. 368 с.
2. Коцарь С.Л. Динамика процессов прокатки. М.: Металлургия, 1997. 256 с.
3. Повышение работоспособности прокатного оборудования за счет снижения динамических нагрузок / Б.Е. Житомирский, С.Д. Гарцман, А.А. Филатов и др. // Металлургическое оборудование (ЦНИИИиТЭИпТТМ). М.: 1982. №33.
4. А. с. СССР. № 1148658 СССР, МКИ В 21 В 1/26 / В. Н. Хлопонин, С.Л. Коцарь и др. // опубл. 07.04.85, Бюл №13.
5. Целиков А.И. Теория продольной прокатки: учебник для студ. машиностроит. и металлург. высш. учеб. заведений. М.: Металлургия, 1980. 320 с.
6. Мещеряков В.Н. Разработка способа снижения динамических нагрузок электропривода прокатной клети стана холодной прокатки / В.Н. Мещеряков, В.М. Толчеев // Электротехнические системы и комплексы. 2015. № 3 (28). С. 14-19.
7. Соколовский Г.Г. Электроприводы переменного тока с частотным регулированием: учебник для студ. высш. учеб. заведений. М.: Издательский центр «Академия», 2006. 272 с.
49
8. Патент на полезную модель РФ. №107425. Устройство для снижения динамических нагрузок электропривода черновой клети прокатного стана. Мещеряков В.Н., Мигунов Д.В. Опубл. 10.081.2011. Бюл. №22.
Мещеряков Виктор Николаевич, д-р техн. наук, профессор, заведующий кафедрой, mesherek@yandex.ru, Россия, Липецк, Липецкого государственного университета,
Мигунов Дмитрий Викторович, канд. техн. наук, инженер, Россия, Липецк, Липецкого государственного университета
MATHEMATICAL MODELING OF DYNAMIC PROCESSES IN THE READING STAND OF A ROLLING MILL WITH A SYNCHRONOUS ELECTRIC DRIVE WHEN THE SLAB ENTERS THE ROLL GAP
V.N. Meshcheryakov, D.V. Migunov
The relevance of the study, the study of a large number of densities in the roughing stand of the hot rolling mill, their identification at the moment the slab enters the inter-roll gap. The detection of the appearance of the phenomena of the electromechanical system of the rolling stand, based on the regulation of the excitation voltage of the synchronous electric motor before the slab enters the inter-roll gap, has been studied. A computer model of a three-mass resiliently coupled electromechanical system with a synchronous motor is presented. Graphs of the change in the motor torque without excitation voltage regulation and with excitation voltage regulation were obtained, which showed the effectiveness of using this method of controlling a synchronous motor to reduce dynamic loads in an electromechanical system.
Key words: rolling mill, synchronous motor, excitation oscillation, mathematical model, load saturation.
Meshcheryakov Viktor Nikolaevich, doctor of technical sciences, professor, head of department, mesherek@yandex.ru, Russia, Lipetsk, Lipetsk State University,
Migunov Dmitry Viktorovich, candidate of technical sciences, engineer, Russia, Lipetsk, Lipetsk State
University
УДК 621.9.08
DOI: 10.24412/2071-6168-2023-3-50-58
РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМА ПРОЦЕССА СНЯТИЯ ПРИПУСКА ДИСКОВОЙ ИГЛОФРЕЗОЙ С УЧЕТОМ УГЛА ЗОНЫ КОНТАКТА ИГЛОФРЕЗЫ И ЗАГОТОВКИ
М.С. Чепчуров, Б.С. Четвериков, В.Е. Минасова, Д.В. Челядинов
В работе разработаны и представлены схемы снятия припуска иглофрезой, а также схемы для определения геометрических параметров площади контакта иглофрезы с заготовкой. На основе установленных зависимостей был разработан алгоритм снятия припуска дисковой иглофрезой, который за счет учета влияния угла зоны контакта иглофрезы и заготовки позволит управлять припуском, и, следовательно, значительно повысить эффективность технологического процесса финишной обработки деталей.
Ключевые слова: механическая обработка, иглофреза, припуск, микрорезцы, площадь контакта.
Введение. В промышленности и строительстве самое широкое распространение получила иг-лофрезерная обработка поверхностей изделий. Она используется для снятия окалин, зачистки сварочных швов, исправления мелких дефектов поверхности. При иглофрезерной обработке используется специальный проволочный инструмент: конической формы - для торцевой обработки и цилиндрической формы для обработки периферией круга [1, 2].
В настоящее время разработаны методики назначения режимов иглофрезерной обработки, но так как чаще всего используется ручной инструмент с закреплённой в нём иглофрезой, эти рекомендации носят формальный характер, а режимы (частота вращения и сила прижима) подбираются работником. Наиболее важное значение имеет назначение режимов иглофрезерования при использовании специального или универсального оборудования, в этом случае от режимов зависят точность и качество получаемой поверхности [3, 4].
