CC BY
33
ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА
УДК 621.771.25-83
Сафин И.Р., Лукьянов С.И., Бодров Е.Э.
Влияние электроприводов стана по производству арматуры на глубину насечки
В работе приведены результаты экспериментальных исследований на стане ISF 5 ОАО «ММК-МЕТИЗ» и статистической обработки данных влияния электроприводов стана по производству арматуры на показатели глубины насечки арматуры. По итогам регрессионного анализа массивов данных влияния натяжения в проволоке, создаваемого электроприводом размоточного аппарата между роликовым правильным устройством и клетью профилирования, на изменение глубины насечки на арматуре, получены адекватные экспериментальным данным регрессионные модели для технологических условий производства арматуры на стане ^ 5 ОАО «ММК-МЕТИЗ».
Ключевые слова: метизное производство, арматурная проволока, размоточный аппарат, клеть профилирования, электропривод, глубина насечки.
Введение
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 получения 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. В технической литературе информация о влиянии электроприводов СПА на показатели глубины насечки отсутствует [1-6].
В связи с этим появилась необходимость проведения экспериментальных и теоретических исследований влияния отдельных электроприводов СПА на глубину насечки и установления эмпирических закономерностей этого влияния.
Исследование влияния электроприводов стана
НА ГЛУБИНУ НАСЕЧКИ
Современный СПА (рис. 1) представляет собой последовательно расположенные участки размотки и нанесения насечки, формирования механических свойств арматуры, намотки арматуры в бунты или резки арматуры на прутки. В рабочем режиме работы стана проволока последовательно сматывается и разгибается в размоточном аппарате 1, выпрямляется в роликовом правильном устройстве 2 и поступает в клеть профилирования 3, в которой осуществляется нанесе-© Сафин И.Р., Лукьянов С.И., Бодров Е.Э.
ние насечки на проволоку. Далее с помощью первой группы кабестанов 6, 7 арматура дополнительно выпрямляется в роликовом рихтовальном устройстве 4 и промывается водой в ванне 5. Затем с помощью второй группы кабестанов 10, 11 арматура нагревается в индукционной печи 8 и охлаждается в ванне 9 с целью формирования в металле требуемых механических свойств. После этого с помощью подающих роликов 12 через отрезную станцию 13 арматура (диаметром от 3 до 8 мм) подается на намоточные аппараты 14 для намотки в бунты либо (диаметром более 8 мм) с помощью подающих роликов 15 поступает на отрезной станок 16 для ее резки на мерные прутки. На СПА КБ 5 ОАО «ММК - МЕТИЗ» производят арматуру диаметром й1 = 5 мм и й2 = 9,6 мм, предназначенную для изготовления железобетонных шпал.
Согласно [7-10] качество арматуры формируется на участке размотки и нанесения насечки и участке формирования механических свойств. При этом глубина насечки является одним из важнейших показателей качества арматуры.
С целью определения реального влияния электроприводов РА и кабестанов 10, 11 (см. рис. 1), создающих натяжения в проволоке, на глубину насечки на стане КБ 5 ОАО «ММК - МЕТИЗ» проведен полный активный двухфакторный эксперимент, в ходе которого варьировались задания на момент торможения электродвигателя размоточного аппарата (фактор Х1) и задание на натяжение в проволоке, создаваемое кабестанами 10, 11 (фактор Х2). Эксперимент проводился отдельно для случаев изготовления арматуры диаметром й1 = 5 мм и арматуры диаметром й2 = 9,6 мм. На каждом уровне варьирования факторов Х1 и Х2 штатным прибором выполнялось 15-кратное измерение глубины насечки на арматуре. Общий объем выборок изменения глубины насечки для случая изготовления арматуры диаметром составил N = 300 наблюдений, а арматуры диаметром й2 - N = 180 наблюдений [11].
В результате дисперсионного анализа экспериментальных данных было доказано: изменение момента торможения электродвигателя размоточного аппарата значимо влияет на показатели глубины насечки (для арматуры диаметром ^ расчетное значение критерия Фишера составило ¥р = 303,1 при квантильном значении ^1-005 = 3,18, а для арматуры диаметром й2
Участок формирования механических свойств Рис. 1. Структурная схема технологической линии стана типа ISF 5
соответственно — = 67,0 при —1-0,05 = 5,0); влиянием изменения натяжения, создаваемого электроприводами кабестанов 10, 11 и взаимодействием факторов Х1 и Х2, можно пренебречь (расчетные значения критерия Фишера меньше табличных). По итогам 3-кратного дублирования эксперимента в различные интервалы времени доказана стационарность влияния электропривода размоточного аппарата на показатели глубины насечки (фактором «время» можно пренебречь) [12].
На основании изложенного сделан вывод: изменение момента торможения электродвигателя размоточного аппарата вызывает изменение натяжений проволоки в пространстве между размоточным аппаратом и клетью профилирования и, в частности, между роликовым правильным устройством и клетью профилирования (см. рис. 1), что значимо влияет на изменение глубины насечки на проволоке.
С целью анализа влияния натяжения, создаваемого электроприводом размоточного аппарата, на глубину насечки на основе известных математических соотношений разработана общая математическая модель расчета натяжения в проволоке на входе в клеть профилирования с учетом изменения радиуса заполнения катушки проволокой [13]:
М.
XX ^р
м •/• м„
я
+ -
р р
я
+ -
Я-
(1)
где —с - натяжение в проволоке между роликовым правильным устройством и клетью профилирования; Р - усилие сопротивления протягиванию проволоки через роликовое правильное устройство; —л, - усилие сопротивления разгибу проволоки; Мхх - момент холостого хода электродвигателя размоточного аппарата с установленной пустой катушкой; Мр - момент торможения электродвигателя размоточного аппарата в рабочем режиме производства арматуры; - момент сопротивления, обусловленный действием сил трения в опорах цапфы катушки от веса проволоки; /р - эквивалентное передаточное число редуктора электропривода размоточного аппарата; Як - радиус заполнения катушки проволокой.
В процессе размотки проволоки с катушки размоточного аппарата происходит уменьшение радиуса Як с наибольшего значения Яктах до наименьшего его значения Я^тт что, при условии постоянства линейной скорости обработки проволоки V на стане приводит к увеличению угловой скорости юр(Як) вращения катушки и электродвигателя размоточного аппарата. Предложено расчет Як и ар(Як) выполнять по выражениям:
к,тах .. т
4Ь
Цу! (г )йг;
(2)
(3)
Согласно [14] изменение Як приводит к изменению усилия сопротивления разгибу проволоки и уменьшению веса проволоки на катушке и, как следствие, изменению в функции радиуса Як величин момента холостого хода Мхх электропривода размоточного аппарата и момента сопротивления
В технической литературе выражения для расчета величин момента холостого хода Мхх и момента сопротивления Мs в функции изменения радиуса Як заполнения катушки проволокой отсутствуют. Поэтому на стане КБ 5 ОАО «ММК - МЕТИЗ» проведены экспериментальные исследования по их определению. В ходе эксперимента выполнялось изменение угловой скорости вращения юр электродвигателя размоточного аппарата и фиксировались величины моментов Мхх электропривода размоточного аппарата с пустой и Мрг электропривода размоточного аппарата с полной катушкой. В результате статистической обработки экспериментальных данных установлено: при увеличении угловой скорости вращения юр электродвигателя размоточного аппарата происходит значимое (до 50 %) изменение момента холостого хода Мхх; при изменении фактора времени происходит также значимое изменение (до 20%) момента холостого хода Мхх; величина момента сопротивления Мг0=Мр,е-Мхх от действия сил
0
трения в опорах цапфы с полной катушкой составляет до 30% от величины Мхх, и им пренебрегать нецелесообразно; изменение момента холостого хода Мхх при изменении угловой скорости вращения юр электродвигателя размоточного аппарата соответствует линейной зависимости
(4)
= А+4®р-
причем величина коэффициента Л1 = 0,045 Н-м-с остается практически неизменной при изменении фактора времени; величина коэффициента Л0 может существенно изменяться во времени, но в пределах одного межремонтного периода (одна неделя) практически не изменяется. Величину коэффициента Л0,, для конкретного межремонтного периода времени можно рассчитать по уравнению
А/ =Мхх,г -0,04500,,.
(5)
по результатам единичного измерения величин Мхх^ и юр>1; величина момента Ма0 при изменении угловой скорости вращения электродвигателя размоточного аппарата и фактора времени остается практически неизменной и для технологических параметров размоточного аппарата и значений диаметра арматуры соответственно составляет: М'&0 = 3,06 Н-м при й1 = 5 мм и М"&0 = 2,72 Н-м при й1 = 9,6 мм. В общем виде величину момента Мs можно определить из выражения
М =М п
g g,<-<
^к Strain
. - Я
(6)
Доказана адекватность экспериментальным данным результатов расчета натяжений на математической модели (1) с учетом выражений (2) - (6).
В результате анализа влияния составляющих выражения (1) на величину натяжения в проволоке между роликовым правильным устройством и клетью профилирования доказано, что изменение момента торможения электродвигателя размоточного аппарата и момента холостого хода М^ электропривода размоточного аппарата значимо влияет на изменение натяжения в проволоке [13, 14].
С целью определения условий выполнения одного из основных технологических требований к электроприводу размоточного аппарата, а именно недопустимости буксовки проволоки на барабанах кабестанов 6, 7, экспериментально определены величины минимальных натяжений ЕстП„ в проволоке между роликовым
Результаты расчета величин ^-критерия Фишера.
правильным устройством и клетью профилирования для технологических условий производства арматуры диаметром di и d2. Эти величины соответственно составили для di - F'c,min = 2,63 кН, а для d2 - F"c,min = 10,2 кН.
В результате замены величин момента торможения электродвигателя РА на величины натяжений, рассчитанных на математической модели (1), были получены отдельно для арматуры диаметром di и d2 массивы данных влияния натяжения в проволоке, создаваемого электроприводом размоточного аппарата между роликовым правильным устройством и клетью профи-лиорвания, на изменение глубины насечки на арматуре. По итогам регрессионного анализа указанных массивов для технологических условий производства арматуры на стане ISF 5 ОАО «ММК - МЕТИЗ» получены адекватные экспериментальным данным регрессионные модели вида Aa=b0+b1FC+ bCF2C:
- для арматуры диаметром d1
Аа' = 0,0087 - 0,0072 • Fc -0,000334 -Fac ; (7)
- для арматуры диаметром d2
Аа" = 0,648 - 0,112 • F"c -0,0047 • F"2C . (8)
Результаты расчета величин F-критерия Фишера, дисперсий адекватности Sad2 и воспроизводимости SAa2 для полученных уравнений регрессии приведены в табл. 1. В табл. 1 также приведены квантильные величины распределения Фишера на уровне значимости q = 0,05 при числе степеней свободы f = fad и f2 = fAa.
Из данных табл. 1 следует, что для полученных уравнений регрессии эмпирические значения Fp критерия Фишера не превышают табличного значения распределения Фишера на уровне значимости q = 0,05 при числе степеней свободыf = fad иf> = fAa (Fp < Fj-q^).
Таким образом, полученные уравнения регрессии на уровне значимости q = 0,05 адекватно описывают изменение значений отклонения глубины насечки арматуры Aa, вызванного изменением величины натяжения FC в проволоке между роликовым правильным устройством и клетью профилирования.
Результаты расчета величин дисперсий SbQ2, Sbl2, Sb2, коэффициентов уравнения регрессии bQ, b1, b2, эмпирических tbQ, tb1, tb2 и табличных значений t-статистики Стьюдента на уровне значимости q = 0,05 с числом степеней свободы f = fAa (см. табл. 1) приведены в табл. 2.
дисперсий адекватности S Jf и воспроизводимости S^2
Таблица 1
Уравнение регрессии SAa2 Sad2 Fp fad fAa F1 -0,05
М= 0,0087- 0,0072- F'c-0,000334 F2C 1,43-Ш-4 9,6-Ш-6 0,066 16 280 1,67
Да"= 0,648-0,112- F'c -0,0047- F'C 1,27-Ш-4 3,6^10-6 0,028 8 168 1,99
mm
Таблица 2
Результаты расчета величин дисперсий коэффициентов уравнения регрессии, эмпирических и табличных значений _I -статистики Стьюдента_
Уравнение регрессии Aa'= 0,0087-0,0072- F'c-0,000334 F'C ? 2 1,2940-5 Sbl 6,7640-6 Sb2 2,0440^ tb0 2,42 tbl 2,76 tb2 2,34 ¿1-0,025 1,96
До"= 0,648- 0,11С F'c-0,0047- F'^ 0,069 0,0022 4,4240-6 2,45 2,38 2,26 1,97
Из данных табл. 2 следует, что условия |4о| >14-0,025, |41 > ^-0,025, М > tl.0,025 выполняются. Следовательно, значения коэффициентов Ь0, Ь1 и Ь2 уравнений регрессии (7) и (8) на уровне значимости q = 0,05 значимо отличаются от нуля и ими пренебрегать нецелесообразно. Таким образом, доказана значимость коэффициентов уравнений регрессии (7) и (8). И для уровня значимости q = 0,05 были рассчитаны их доверительные интервалы.
Графическое представление уравнений регрессии (7) и (8) (графики 1), их доверительных интервалов (графики 2), минимально допустимых значений натяжения Fc,mm, а также допусков на отклонения глубины насечки Датт и Датах для арматуры диаметром и d2 соответственно приведено на рис. 2. Из данных графиков (см. рис. 2) с вероятностью p = 0,95 можно утверждать: при производстве арматуры диаметром d1 = 5 мм для обеспечения глубины насечки в пределах допусков величина натяжения Fc,d в проволоке между роликовым правильным устройством и клетью профилирования не должна превышать 4,18 кН, а арматуры диаметром d2 = 9,6 мм соответственно - 10,75 кН; с учетом ограничения величины натяжения на уровне Fc,mm при производстве арматуры диаметром d1 допустимый диапазон изменения натяжения составляет от 2,63 до 4,18 кН, а при производстве арматуры диаметром d2 соответственно от 10,2 до 10,75 кН [13].
Да. мм
1М6
о.ог 0101 о 0,111 4X02 4X0» О.М
Да. мм
ода
л, Ьсп.-г.МкН ^-4.1« «Н
гжаии1
1
2 * / -1 3.5 4 ^кН
тв
ч
•ч.»
кН 10,75 «Н
10' * « П 12 ^.«¡Н
.12
N
■^"гая
2
б
Рис. 2. Графическое представление зависимости Да =/(Гс) для арматуры диаметром (а), й2 (б)
Из полученных графиков (см. рис. 2) следует: 1. С вероятностью p = 0,95 можно утверждать: при производстве арматуры диаметром d1 = 5 мм для обеспечения глубины насечки в пределах допусков величина натяжения Fc в проволоке между роликовым правильным устройством и клетью профилирования не должна превышать 4,18 кН; при производстве армату-
ры диаметром d2 = 9,6 мм величина Fc не должна превышать 10,75 кН.
2. С учетом ограничения величины Fc по условию предотвращения проскальзыванию арматуры на кабестане 6: при производстве арматуры диаметром d1 допустимый диапазон изменения натяжения Fc составляет от 2,63 до 4,18 кН; при производстве арматуры диаметром d2 соответственно от 10,2 до 10,75 кН.
Проведенные исследования позволили разработать систему управления электроприводом размоточного аппарата стана по производству стальной арматуры [15-16]. А также предложить техническим службам общую методику расчета допустимого, с позиции обеспечения изменения глубины насечки арматуры Да в пределах допусков, изменения натяжения в проволоке, создаваемого электроприводом размоточного аппарата между роликовым правильным устройством и клетью профилирования [13]:
1. Создаются базы экспериментальных данных глубины насечки арматуры а на каждом уровне изменения момента Мр электродвигателя размоточного аппарата, с учетом изменения радиуса Як заполнения катушки проволокой, линейной скорости V изготовления арматуры и диаметра dn проволоки.
Выполняется расчет величины отклонения глубины насечки арматуры Да по выражению
(9)
где] - порядковый номер уровня варьирования фактора X],] = 1 ... к; I - порядковый номер уровня варьирования фактора Х2, I = 1 ... т; и - порядковый номер дублирующего измерения при каждом ] и I сочетании уровней факторов Х1 иХ2, и = 1 ... N.
На каждом уровне изменения момента торможения Мр электродвигателя размоточного аппарата выполняется проверка нормальности распределений случайной величины отклонения глубины насечки арматуры Да и однородности выборочных дисперсий SДaj по методикам, представленным в [17].
Выполняется проверка стационарности изменения случайной величины отклонения глубины насечки арматуры Да и проводится дублирование эксперимента в различные интервалы времени.
Создаются таблицы вида:
Момент торможения Мр электродвигателя размоточного аппарата, Н-м Радиус Як заполнения катушки проволокой, м Отклонение глубины насечки арматуры Да, мм
2. По данным таблиц, используя зависимость (1), выполняется расчет на математической модели величин натяжения Fc в проволоке между роликовым правильным устройством и клетью профилирования для технологических условий станов КБ 5 каждого уровня изменения момента Мр электродвигателя размоточного аппарата с учетом изменения радиуса Як заполнения катушки проволокой, усилия Fstr сопротивления разгибу проволоки, момента холостого хода Мхх электродвигателя размоточного аппарата с пустой катушкой и
а
момента сопротивления Мг, обусловленного действием сил трения в опорах цапфы катушки от веса проволоки. Величины момента холостого хода Мхх электропривода размоточного аппарата и момента сопротивления Мх, обусловленного действием сил трения в опорах цапфы катушки от веса проволоки, определяется либо экспериментальным путем, либо по эмпирическим зависимостям (5) и (6), полученным в ходе экспериментальных исследований.
3. Выполняется расчет уравнения регрессии Да = А^с) и его доверительного интервала.
4. Выполняется расчет минимального натяжения ^с>тт в проволоке между роликовым правильным устройством и клетью профилирования в целях предотвращения проскальзывания проволоки на барабанах кабестанов 6 и 7.
5. Определяется допустимый интервал изменения величины натяжения ¥с в проволоке, создаваемого электроприводом размоточного аппарата между роликовым правильным устройством и клетью профилирования.
Заключение
В результате экспериментальных исследований, проведенных на стане 18Б5 ОАО «ММК-МЕТИЗ», доказано, что изменение момента торможения электродвигателя размоточного аппарата значимо влияет на изменение глубины насечки на арматуре. А влиянием на глубину насечки изменения натяжения в арматуре на участке формирования её механических свойств можно пренебречь.
Была разработана математическая модель расчета натяжения в проволоке между роликовым правильным устройством и клетью профилирования, создаваемого в числе прочих факторов электроприводом размоточного аппарата, учитывающая изменение в процессе размотки проволоки с катушки момента холостого хода Мхх,р электропривода размоточного аппарата и момента сопротивления М№ обусловленного действием сил трения в опорах цапфы катушки от веса проволоки. Для технологических условий изготовления арматуры диаметром й1 и й2 на стане 18Б5 ОАО «ММК-МЕТИЗ» определены аналитические и эмпирические выражения для расчета величин момента холостого хода электропривода размоточного аппарата и момента сопротивления.
Исследования, проведенные на математической модели расчета натяжения в проволоке между роликовым правильным устройством и клетью профилирования, позволили установить, что изменение момента торможения электродвигателя размоточного аппарата значимо влияет на изменение натяжения в проволоке между роликовым правильным устройством и клетью профилирования.
Для технологических условий изготовления арматуры на стане ISF5 определены минимально допустимые значения моментов торможения электродвигателя размоточного аппарата, обеспечивающие отсутствие пробуксовки проволоки на первой группе кабестанов стана.
В результате проведенных исследований предложена общая методика расчета допустимого, с позиции обеспечения изменения глубины насечки на арматуре
Да в пределах допусков, изменения натяжения Ес в проволоке, создаваемого электроприводом размоточного аппарата между роликовым правильным устройством и клетью профилирования. Для технологических условий изготовления арматуры диаметром й1 и й2 на стане 18Б5 ОАО «ММК-МЕТИЗ» определены допустимые диапазоны изменения натяжения ¥с в проволоке между роликовым правильным устройством и клетью профилирования, которые составляют от 2,63 до 4,18 кН для арматуры диаметром й1 и от 10,2 до 10,75 кН для арматуры диаметром й2.
Список литературы
1. Радионов А.А., Карандаев А.С. Автоматизированный электропривод намоточно-размоточных устройств агрегатов прокатного производства: монография. Магнитогорск: МГТУ, 1999. 131 с.
2. Радионов А.А. Автоматизированный электропривод станов для производства стальной проволоки: монография. Магнитогорск: ГОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова», 2007. 311 с.
3. Радионов А.А., Карандаев А.С. Об оптимальном законе изменения натяжения в процессе смотки металлической проволоки // Изв. вузов. Машиностроение. 2008. № 10. С. 4358.
4. Выдрин В.Н., Федосиенко А.С. Автоматизация прокатного производства. М.: Металлургия, 1984. 472 с.
5. Пат. 2494828РФ, МПК В21В37/52.Способ автоматического регулирования натяжения полосы в черновой группе клетей непрерывного прокатного стана / И.Ю. Анд-рюшин, В.В. Галкин, А.Н.. Гостев, И.В. Казаков, С.А. Евдокимов, А.С. Карандаев, В.Р. Храмшин, Р.Р. Храмшин. №2012115830/02; заявл. 19.04.2012; опубл. 10.10.2013, Бюл. № 28.
6. Карандаев А.С. Совершенствование автоматизированных электроприводов агрегатов прокатного производства // Машиностроение: сетевой электронный научный журнал. 2014. №1. С. 3-15.
7. Перспективы производства высокопрочной стальной арматуры для железобетонных шпал нового поколения на основе термодеформационного наноструктурирования / М.В. Чукин, Г.С. Гун, А.Г. Корчунов, М.А. Полякова // Бюллетень «Черная металлургия». 2012. №4. С. 100 - 105.
8. Мезин И.Ю., Чукин М.В. Анализ вариантов формирования свойств исходной заготовки при производстве высокопрочной стальной арматуры для железобетонных шпал // Вестник «МГТУ им. Г.И. Носова». 2011. №04(36). С. 31 - 37.
9. Принципы проектирования непрерывного способа получения стальной проволоки с ультрамелкозернистой структурой / А.Г. Корчунов, М.В. Чукин, М.А. Полякова, Д.Г. Емалеева // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. 2011. №1. С. 43
- 45.
10. Анализ метода непрерывного деформационного на-ноструктурирования проволоки с использованием концепции технологического наследования / М.В. Чукин, А.Г. Корчунов, Э.М. Голубчик, М.А. Полякова, А.Е. Гулин // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. 2012. №4. С. 61 -63.
11. Лукьянов С.И., Сафин И.Р., Бодров Е.Э. Исследование влияния параметров настройки электроприводов стана
5 на качество продукции // Электротехнические системы и комплексы: междунар. сб. науч. трудов. 2013. Вып. 21.С. 33
- 41.
12. Лукьянов С.И., Сафин И.Р., Бодров Е.Э. Влияние параметров работы электроприводов стана по производству холоднотянутой арматуры на качество продукции // Наука и производство Урала. 2014. №10. С. 86 - 89.
13. Сафин И.Р., Лукьянов С.И., Бодров Е.Э. Методика
оценки влияния электропривода размоточного аппарата на качество периодического профиля стальной арматуры // Вестник ЮУрГУ. Серия «Энергетика». 2014. Т.14, №3. С. 71 - 78.
14. Совершенствование системы управления электроприводом размоточного аппарата стана по производству стальной арматуры / И.Р. Сафин, С.И. Лукьянов, О.С. Логунова, Е.Э. Бодров // Вестник ЮУрГУ. Серия «Энергетика». -2015. Т.15, №2. С. 77 - 83.
15. Сафин И.Р., Лукьянов С.И., Бодров Е.Э. Система управления электроприводом размоточного аппарата стана
Information in English
по производству стальной арматуры / И.Р. Сафин, С.И. Лукьянов, Е.Э. Бодров // Электротехнические системы и комплексы. 2014. №3(24). С. 17 - 24.
16. Пат. 152968РФ, МПК7 Н02Р25/02, Н02Р27/06, В21С47/18. Устройство для управления электроприводом разматывающего механизма / Е.Э. Бодров, С.И. Лукьянов, И.Р. Сафин // БИПМ 2015. №18.
17. Лукьянов С.И., Панов А.Н., Васильев А.Е. Основы инженерного эксперимента: учеб. пособие. Магнитогорск: ГОУ ВПО «МГТУ им. Г.И. Носова», 2006. 94 с.
Influence of Electric Drives of Reinforcing Bar Mill on Notch Depth
Safin I.R., Lukyanov S.I., Bodrov E.E.
The results of experimental studies at OJSC «MMK-METIZ» ISF 5 production line and its electric drives influence on the notch depth of the manufactured reinforcing bar as well as the results of statistical data processing are given in the article. Regression analysis of the data arrays concerning the wire tension caused by the electric drive of the decoiler located between the roller straitening device and profiling stand and the analysis of its influence on the notch depth were used to develop adequate regression models for technological conditions of reinforcing bar manufacture at the OJSC «MMK-METIZ» ISF 5.
Keywords: hardwire production, reinforcing wire, decoiler, profiling stand, electric drive, depth of notch.
References
1. Radionov A.A., Karandaev A.S. Avtomatizirovanniy elektroprivod namotochno-razmotochnih ustroistv agregatov prokatnogo proizvodstva [Automated electric drive of the winding-unwinding devices of the rolling manufacturing aggregates: monograph], Magnitogorsk, Nosov Magnitogorsk State Technical University, 1999, 131 p.
2. Radionov A.A. Avtomatizirovannyy elektroprivod stanov dlya proizvodstva stalnoy provoloki [Automatic electric drive of steel wire mills], Magnitogorsk, Nosov Magnitogorsk State Technical University, 2007, 311 p.
3. Radionov A.A., Karandaev A.S. Ob optimalnom zakone izmenenia natyazheniya v protsesse smotki metallicheskoi provoloki [About optimal order of tension change in the process of metal wire unwinding], Izvestiya Vuzov. Mashinostroenie. 2008, vol. 10. pp. 43-58.
4. Vydrin V.N. Avtomatizatsya prokatnogo proizvodstva [Automation of rolling mills], V.N. Vydrin, A.S. Fedosienko, Moscow, Metallurgy, 1984, 472 p.
5. I.U. Andrushin, V.V. Galkin, A.N. Gostev, I.V. Kazakov, S.A. Evdokimov, A.S. Karandaev, V.R. Khramshin, R.R. Khramshin. Sposob avtomaticheskogo regulirovania natyazheniya polosi v chernovoi gruppe kletey neprerivnogo prokatnogo stana [Automated band tension regulation method in roughing train of stands on a continuous rolling mill] patent RF no.2494828, MnC B21B37/52. Published 10.10.2013. bulletin. no. 28.
6. Karandaev A.S. Sovershenstvovanie avtomatizirovannykh elektroprivodov agregatov prokatnogo proizvodstva [Improving of automated electric drives of rolling equipment], Mashinostroenie: Network electronic scientific journal. 2014, vol. 1. pp. 3-15.
7. Chukin M.V., Gun G.S., Korchunov A.G., Polyakova M.A. Perspektivy proizvodstva visokoprochnoy stalnoy armatury dlya zhelezobetonnih shpal novogo pokolenia na osnove termodeformatsionnogo nanostrukturirovania [Prospects of high-strength steel reinforcement for new generation reinforced concrete sleepers of thermal-based nanostructuring], Bulletin "Fer-
rous metallurgy". 2012, vol. 4, pp. 100 - 105.
8. Mezin I.Y., Chukin M.V. Analiz variantov formirovania svoystv ishodnoi zagotovki pri proizvodstve visokoprochnoi stalnoy armatury dlya zhelezobetonnih shpal [Analysis of initial billet at production of high-strength steel bars for concrete sleepers properties forming options], Vestnik of Nosov Magnitogorsk State Technical University. Magnitogorsk, 2011, vol. 04(36), pp. 31 - 37.
9. Korchunov A.G., Chukin M.V., Korchunov A.G., Polyakova M.A., Emaleeva D.G. Principy proektirovania neprerivnogo sposoba polucheniya stalnoy provoloki s ultramelkozernistoy strukturoi [Design principles of continuous ultrafine grain structure steel wire obtaining method], Vestnik of Nosov Magnitogorsk State Technical University. Magnitogorsk,
2011, vol. 1, pp. 43 - 45.
10. Chukin M.V., Korchunov A.G., Golubchik E.M., Polyakova M.A., Gulin A.E. Analiz metoda nepreryvnogo deformatsionnogo nanostrukturirovania provoloki s ispolzovaniem kontseptsii tehnologicheskogo nasledovania [Analysis of wire continuous deforming nanostructuring method which uses technological inheritance conception], Vestnik of Nosov Magnitogorsk State Technical University. Magnitogorsk,
2012, vol. 4, pp. 61 -63.
11. Lukyanov S.I., Safin I.R., Bodrov E.E. Issledovanie vliyaniya parametrov nastroyki elektroprivodov stana ISF 5 na kachestvo produktsyi [Research of electric drive settings influence on product quality at ISF5 production line], Electrotechnical complexes and systems. Magnitogorsk, Nosov Magnitogorsk State Technical University, 2013, vol. 21, pp. 33-41.
12. Lukyanov S.I., Safin I.R., Bodrov E.E. Vliyanie parametrov raboty elektroprivodov stana po proizvodstvu holodnotyanutoy armatury na kachestvo produktsii [Electric drive parameters influence on quality of products at reinforcing bar cold rolling mill], Science and Industry in the Ural. Scientific, technical and industrial magazine. vol. 10, Novotroitsk, NF NUST "MISA". 2014, pp. 86 - 89.
13. Safin I.R., Lukyanov S.I., Bodrov E.E. Metodika otsenki vliyania elektroprivoda razmotochnogo apparata na kachestvo periodicheskogo profilya stalnoy armatury [Evaluation of uncoiler electric drive influence on quality of steel reinforcing bar periodic profile], Bulletin of the South Ural State University. Series "Power Engineering". 2014, Vol .14, no.3, pp. 71 - 78.
14. Safin I.R., Lukyanov S.I., Logunova O.S., Bodrov E.E. Sovershenstvovanie sistemy upravlenia elektroprivodom razmotochnogo apparata stana po proizvodstvu stalnoi armaturi [Improving of uncoiler electric drive control system on steel reinforcing bar production], Bulletin of the South Ural State University. Series "Power Engineering". 2015, vol. 15, no.2, pp. 77 - 83.
15. Safin I.R., Lukyanov S.I., Bodrov E.E. Sistema upravlenia elektroprivodom razmotochnogo apparata stana po proizvodstvu stalnoy armatury [Uncoiler electric drive control
system of steel reinforcing bar production line], Electrical systems and complexes. Magnitogorsk, Nosov Magnitogorsk State Technical University, 2014, vol. 3(24), pp. 17 - 24.
16. Bodrov E.E., Lukyanov S.I., Safin I.R. Ustroistvo dlya upravlenia elektroprivodom razmativaushego mehanizma [Control device for uncoiler electric drive]. Patent for utility model no. no. 152968, MPC7 H02P25/02, H02P27/06, B21C47/18. Pub-
lished 27.06.2015, bulletin no. 18.
17. Lukyanov S.I., Panov A.N., Vasilyev A.E. Osnovy inzhenernogo eksperimenta [Basics of scientific experiment], Magnitogorsk, Nosov Magnitogorsk State Technical University, 2006, 94 p.
УДК 621.311+621.34.001
Шубин А.Г., Гостев А.Н., Храмшин Р.Р., Одинцов К.Э.
Исследование системы компенсации межклетевых усилий
в черновой группе прокатного стана методом математического моделирования
Проблемы ограничения динамических нагрузок электромеханических систем непрерывной подгруппы универсальных клетей широкополосного стана горячей прокатки требуют проведения исследований методами математического моделирования. Рассмотрена функциональная схема системы автоматического регулирования нулевого натяжения стана 2000 ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат» (ОАО «ММК»). Подчеркнуто, что она не соответствует возрастающим требованиям к точности регулирования межклетевых усилий. Представлена структурная схема математической модели взаимосвязанных электромеханических систем горизонтальных валков непрерывной подгруппы. Сделана ссылка на разработанную математическую модель взаимосвязанных электромеханических систем вертикальных и горизонтальных валков универсальной клети. Представлены результаты моделирования переходных процессов за цикл прокатки при существующих алгоритмах управления электроприводами. Подтверждено определяющее влияние взаимного несоответствия скорости выхода полосы из предыдущей (вертикальной либо горизонтальной) клети и окружной скорости валков следующей клети на натяжение либо подпор в межклетевом промежутке. Дано описание разработанного способа последовательного согласования скоростей электроприводов клетей непрерывной подгруппы. Представлены результаты исследования, выполненного с помощью разработанных математических моделей. Сделан вывод, что предложенный способ управления процессом прокатки обеспечивает компенсацию межклетевых усилий за счет установки наиболее точного соотношения скоростей валков перед захватом полосы.
Ключевые слова: широкополосный стан горячей прокатки, черновая непрерывная группа клетей, универсальная клеть, межклетевые усилия, электропривод, математическая модель, структура, способ согласования скоростей, исследование.
Введение
Для ограничения ударных нагрузок, возникающих в электромеханических системах непрерывной подгруппы широкополосного стана горячей прокатки, разработан способ согласования горизонтальных составляющих линейных скоростей вертикальных и горизонтальных валков универсальной клети [1]. Результаты экспериментальных исследований алгоритма, реализующего способ на стане 2000 горячей прокатки ОАО «ММК», рассмотрены в [2-4].
В настоящее время в структуре АСУ ТП непрерывной подгруппы функционирует система автоматического регулирования нулевого натяжения (САРНН), представляющая собой управляющую программу, загруженную в контроллер DR125, который задает скоростные режимы работы электроприводов горизонтальных и вертикальных клетей [5, 6]. На рис. 1 приведена упрощенная функциональная схема САРНН. Система поддерживает заданное натяжение проката между 4-й и 5-й клетями изменением скорости 4-й клети, натяжение между клетями 5 и 6 регулируется изменением скорости 6-й клети. На скорость 5-й клети в процессе работы САРНН влияния не оказывает. Поддержание заданной величины натяжения в межклетевых промежутках осуществляется безлуперным способом (косвенное регулирование).
© Шубин А.Г., Гостев А.Н., Храмшин Р.Р., Одинцов К.Э.
Рис. 1. Функциональная схема системы автоматического регулирования нулевого натяжения:
иос4, иос5, иот4, иот5, ион4, ион5, иор4, иор5 - ШГНЭЛЫ,
пропорциональные скоростям вращения двигателей, токов якорей и напряжений на двигателях, давлению металла на валки 4 и 5 клетей соответственно; им, ик5 -сигналы, пропорциональные величинам зазоров
горизонтальных валков; Т4-5, Т5-6, - сигналы, пропорциональные натяжению в межклетевых промежутках между 4, 5 и 5, 6 клетями; икс4, икс6 -сигналы задания на коррекцию скоростей вращения валков 4 и 6 клетей; изс4, изс6, - сигналы задания на скорости вращения валков 4 и 6 клетей
Натяжение в межклетевом промежутке между 4 и 5 клетями рассчитывается по формуле
Т
1 4-5
Р,
R
^4-0
в4
где Р4 - давление металла в 4-й клети; Яв4 - радиус рабочих валков; Ь4.0 - плечо свободной прокатки (значение плеча прокатки до момента входа металла в 5-ю клеть); Ь4 - текущее значение плеча прокатки (при на-
