Разработка автоматизированного электропривода энергоэффективного прямоточного волочильного стана

• Автор: Линьков, Сергей Александрович
• Шифр специальности: 05.09.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Магнитогорск
• Количество страниц: 130 с. : ил.

1. АНАЛИЗ ТЕХНОЛОГИИ ВОЛОЧЕНИЯ И СУЩЕСТВЮЩИХ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ НЕПРЕРЫВНЫХ ВОЛОЧИЛЬНЫХ СТАНОВ
1.1. Процесс волочения проволоки и его закономерности
1.2. Влияние противонатяжения на эффективность процесса волочения
1.3. Обзор существующих прямоточных волочильных станов и их систем электропривода
1.3.1. Конструкции волочильных станов, работающих без накопления и скольжения проволоки
1.3.2. Электропривод с последовательным соединением якорей двигателей
1.3.3. Электропривод с параллельным соединением якорей двигателей
1.3.4. Электропривод с индивидуальным питанием двигателей
1.4. Уточнение технологических требований к электроприводу прямоточного волочильного стана
1.5. Выводы и постановка задачи исследований
2. РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ПРЯМОТОЧНОГО ВОЛОЧИЛЬНОГО СТАНА КАК ОБЪЕКТА РЕГУЛИРОВАНИЯ
2.1. Математическая модель волочильного блока
2.1.1. Математическое описание очага деформации
2.1.2. Математическое описание межбарабанного промежутка, редуктора
2.2. Упрощенные математические модели участков размотки и смотки
2.3. Структурная схема комплексной математической модели прямоточного волочильного стана
2.4. Исследование динамических свойств известных систем элек-

троприводов прямоточных волочильных станов на математической модели
2.5. Выводы
3. РАЗРАБОТКА СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ ВОЛОЧИЛЬНЫХ БЛОКОВ
3.1. Определение критериев оптимального управления прямоточными волочильными станами
3.2. Выбор типа электропривода
3.3. Анализ возможности косвенного измерения величины проти-вонатяжения на прямоточном волочильном стане
3.4. Синтез системы управления
3.4.1. Структурная схема системы управления
3.4.2. Определение параметров регулятора противонатяже-ния
3.4.3. Теоретический анализ статических и динамических свойств разработанных системы регулирования
3.5. Выводы
4. МОДЕЛИРОВАНИЕ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ РАЗРАБОТАННОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА
4.1. Исследование разработанной системы автоматизированного электропривода на математической модели
4.2. Экспериментальные исследования в промышленных условиях
4.2.1. Методика исследования автоматизированного электропривода
4.2.2. Результаты экспериментальных исследований
4.3 Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА
ПРИЛОЖЕНИЯ

Доля производства длинномерных изделий, таких как проволока, сорт и т.п. в общем объеме выпуска стального проката составляет до 10... 12 % (или в целом по России до 15 млн. тонн/год). Основным способом их производства является волочение через монолитные волоки, реже прокатка в двух- или многовалковых калибрах [1, 2].
В настоящее время оборудование волочильного передела производства проволоки на большинстве метизных предприятий России находится в сильно изношенном состоянии и требует комплексной реконструкции. Большинство эксплуатируемых волочильных станов - это станы с накоплением (магазинного типа). Подобные станы имеют не только повышенные энергозатраты, но и неспособны осуществлять высокоскоростные процессы волочения.
Исследования технико-экономических показателей различных станов метизных заводов показали, что коэффициент технического использования волочильных станов составляет менее 0,5 [3, 4]. Основными факторами, снижающими производительность станов являются обрывность проволоки, большие затраты времени на проведение вспомогательных операций (заправку стана, остановку для замены катушек намоточных аппаратов).
Повысить эффективность процесса волочения возможно применением станов прямоточного типа [5-8]. Однако у эксплуатируемых в настоящее время прямоточных волочильных станов наблюдается высокая обрывность проволоки, из-за чего в некоторых случаях теряется до 44 % рабочего времени [9, 10].
Основная причина высокой обрывности проволоки - нестабильность противонатяжения, зависящая от большого числа технологических параметров, затрудняющих задачу технологов и волочильщиков в выборе и регулировке режимов работы электропривода. Поэтому решение задачи стабилизации противонатяжений проволоки должно опираться не на интуицию оператора-волочильщика, а на эффективную

Момент, создаваемый электродвигателем барабана моталки (раз-матывателя) в общем случае может быть определен как сумма момента от сил статического сопротивления ^См(р) и динамического момента
Мдинм(р) [8°];
^двм(р) (р)=Мсм(р) (р)+ Мдинм(р) (р)- (2.22)
Момент от сил статического сопротивления состоит из момента Мизгм(р), необходимого для изгиба проволоки, момента Мнатм(р), необходимого для создания натяжения, и момента холостого хода
хм(р)1
Мхх ,пХ, приведенного к валу двигателя
, ч Мизгм(рХр) Мнатм(Р){р) , ,
Мом(р) (Р)= - (Р)- + (-У у М(Р1 + МХХм(р) (Р), (2.23)
'Ргім(р) ]Редм(р)
где ІредМ(Р) ' передаточное число редуктора моталки (разматывателя), для понижающего редуктора Іредм(р) >1 ■
Момент, необходимый для создания натяжения полосы, может быть определен по выражению
^натм(р) -~Рм(р){р)’ Р^м- (2-24)
Момент, затрачиваемый на изгиб проволоки, определяется характером ее деформации на шпуле, который зависит от диаметра, механических свойств и радиуса изгиба проволоки. При смотке (размотке) проволоки на волочильном стане происходит упруго-пластическая деформация, для создания которой необходим момент двигателя, определяемый как
' о3-Я2
Мизг(р)
а ■ б
4 3-Е2-Ь

(2.25)
Системы дифференциальных уравнений, записанные в операторном виде, описывающие электромеханические системы участков размотки и смотки с учетом взаимодействия с волочильными блоками че-