Разработка математической модели непрерывной раскатки труб на длинной подвижной оправке для задач управления

• Автор: Бородин, Евгений Михайлович
• Шифр специальности: 05.16.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Екатеринбург
• Количество страниц: 259 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. ОБЗОР СОВРЕМЕННОГО СОСТОЯНИЯ В ОБЛАСТЯХ МАТЕМАТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ И УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ НЕПРЕРЫВНОЙ ОПРАВОЧНОЙ ПРОКАТКИ ТРУБ

1.1. Описание объекта исследования и проблематика автоматизации управления станом.

1.2. Обзор существующих методов математического моделирования процесса непрерывной прокатки труб
1.3. Существующие решения но построению систем управления главными электроприводами непрерывных трубных станов

1.4. Постановка задачи исследования.

ГЛАВА 2. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ПРОКАТКИ НА НЕПРЕРЫВНОМ СТАНЕ

2.1. Основные требования к модели.

2.2. Основные физические представления и допущения .

2.3. МКЭ как инструмент инженерного проектирования и научного анализа.

2.4. Иерархия моделей и переменные состояния
2.5. Линеаризованная модель процесса непрерывной прокатки.
2.6. Выводы
ГЛАВА 3. ПРИМЕНЕНИЕ РАЗВИВАЕМОГО ПОДХОДА К ИССЛЕДОВАНИЮ ДВУХКЛЕТЕВОГО ФРАГМЕНТА СТАНА
3.1. Определение коэффициентов линеаризованной модели на основе одноклетьевой инструментальной модели.
3.2. Построение линеаризованной модели процесса прокатки на основе двухклетевой инструментальной МКЭмодели
3.3. Сопоставление одно и двухклетевой инструментальной модели
как способа получения коэффициентов.
3.4. Методика определения коэффициентов линейной модели стана с помощью двухклетевой модели.
3.5. Квадратичная аппроксимация результатов вычислительного эксперимента
3.6. Выводы.
ГЛАВА 4. НЕЛИНЕЙНОСТЬ ПРОЦЕССА ПРОКАТКИ И Е УЧЕТ
4.1. Нелинейные эффекты и учет сильной нелинейности зоны оправ капрокат
4.2. Оценка диапазона адекватности для линейной аппроксимации . . .
4.3. Выводы.
ГЛАВА 5. РАЗРАБОТКА СРЕДСТВ ИНТЕРПРЕТАЦИИ РЕЗУЛЬТАТОВ КОНЕЧНОЭЛЕМЕНТНОГО РАСЧЕТА
5.1. Формат выходных данных пакета прикладных программ ПЕРОПМЗР.
5.2. Расчет силы межклетевого взаимодействия
5.3. Расчет положения критического сечения
5.4. Выводы.
ГЛАВА 6. ПРИЛОЖЕНИЯ РАЗРАБАТЫВАЕМОЙ МОДЕЛИ
6.1. Прокатка на свободной оправке как объект управления
6.2. Автоматическая идентификация одноклетевой модели стана
6.3. Обращенная линеаризованная модель
6.4. Уточненная модель процесса прокатки
6.5. Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
ПРИЛОЖЕНИЕ
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ
ТПА трубопрокатный агрегат
АСУ автоматизированная система управления
НТОС непрерывный трубный оправочный стан
ОД очаг деформации
САР система автоматического регулирования
ОМД обработка металов давлением
МКЭ метод конечных элементов
ППП пакет прикладных программ
ЭВМ электронновычислительная машина
ЭП электрический привод
СУСРЗО система управления скоростным режимимом, замкнутая через оператора
ПНТЗ Первоуральский Новотрубный завод
УЗС устройство задания скоростей
СМ система мониторинга
МГ момент прокатки
МХ механическая характеристика
СУСРЗО система управления скоростными режимами, замкнутая через оператора
УЗС устройство задания скоростей
СМ система мониторинга
ПО программное обеспечение
СКРУ система косвенного регулирования усилй
БМСП блок вычисления момента свободной прокатки
ЗУ запоминающее устройство
МО модель движения оправки
ПИ проиорщиональноинтегральный
регулятор натяжения
СУЭП система управления электрическими приводами
НРС нелинейные регуляторы скорости
ДМС датчик момента прокатки
ДТВ датчик токов возбуждения
ДТЯ датчик токов якоря
ДСТ датчик скоростей трубы в межклетевых промежутках
ДСО датчик скорости оправки один на весь стан
ДС датчик угловых скоростей двигателей
Д датчик номера стадии
СИ система идентификации
АСУТП автоматизированная система управления технологическим процессом
Прегулятор пропорциональный регулятор
НС непрерывный стан
ПЭВМ персональная электронновычислительная машина
ОЗУ оперативное запоминающее устройство
КЭмодель, МКЭмодель конечноэлементная модель
ИМ инструментальная модель
ЦЭВМ цифровая ЭВМ
ЛМ линейная модель прокатного стана
I линейная модель одной клети прокатного стана
НО начало отсчета
КО конец отсчета
ИМЯ интрепретируемый машинный язык.
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность


Существуют различные конструктивные варианты непрерывных трубопрокатных оправочных станов НТОС с двумя и тремя валками, со свободной или удерживаемой оправкой и т. Объектом исследования в настоящей работе является процесс прокатки в двухвалковых клетях со свободной либо движущейся с предписанной скоростью оправкой. Схема прокатки в клети НТОС представлена на рис. Для последующего математического описания вводится цилиндрическая система координат клети а, , в. Очаг деформации ОД клети ограничивается поверхностями контакта трубы с валком трубавалок и с оправкой трубаоправка, границами с передней и задней недеформируемыми частями трубы. Валки вращаются в противоположные стороны с угловой скоростью П,, задаваемой приводом. Рис. Ут определяется условиями прокатки во всех загруженных на текущей стадии клетях. Другие загруженные клети воздействуют на оправку с силой 1т. Продвижение трубы по клети сопровождается ее пластической деформацией уменьшением толщины стенки, внутреннего и наружного диаметров, удлинением и уширением овализацией. Скорость прокатываемого металла возрастает по мере прохождения через клеть в пределах от входной скорости У0 до выходной скорости У. Калибры валков НТОС могут быть свободными и тесными. Свободные калибры имеют выпуски рис. В зоне выпуска толщина стенки существенно неравномерна. При прокатке в этой зоне образуется зазор между трубой и оправкой рис. Валки со свободными калибрами применяются в клетях НТОС, где происходит основная деформация. Основными параметрами свободного калибра являются
Рис. Рис. Эти параметры и радиус поперечного сечения оправки гт полностью определяют форму трубы па выходе из клети в зоне I. В зоне II форма определяется не только параметрами инструмента, но и силами взаимодействия, которые влияют на величину утяжки стенки в этой зоне. Тесные калибры круглой формы без выпусков используют в калибровочных клетях НТОС обычно две последние клети. За счет взаимно перпендикулярного расположения осей клетей, часть трубы, прокатанная в зоне I, в следующей клети попадает в зону II и наоборот. Благодаря зазору, в начале очага деформации ОД может быть небольшая зона редуцирования, где диаметр уменьшается без обжатия стенки. Исследуемый в данной работе технологический процесс используется на Синарском трубном заводе ТПА, Первоуральском новотрубном заводе ТПА 2, на ТПА 2 Южнотрубного завода, г. Днепропетровск, Украина и на ряде других предприятий. В рамках данной работы геометрические параметры инструмента и заготовки были приняты по калибровке К1У Синарского трубного завода. Эскиз калибра и таблица с параметрами калибров приведены на рис. Несмотря на широкое распространение, раскатка труб на длинной подвижной оправке сравнительно мало изучена в части управления динамическими режимами. Такие режимы вызываются прежде всего многостадийным процессом заполнения и освобождения стана. Сложная кинематика течения металла в калибрах и относительно небольшое времяпротекания процесса приводят к частым авариям, связанным, в том числе, с ошибочным заданием скоростного режима. Приведем здесь описание конкретной аварийной ситуации. Особенности работы электроприводов в нормальном и аварийном режиме ИТОС иллюстрируются графиками токов двигателей клетей соответственно, рис. Графики получены в системе мониторинга НТОС агрегата ТПА. На 1. Авария имела место I июля г. Причиной аварии, явилось несоответствие заданного скоростного режима технологической карте настройки стана. По токам 2ой бой клетей аварийной записи 1. Наиболее сильная перегрузка имела место в 7ой клети, где ток выходит на ограничение. Ограничение максимального тока выполнено в системе автоматического регулирования САР клети, путем ограничения выходного сигнала регулятора скорости. Номер клти Райкщв Ркмм ШчищИ Радиус бипуска РммЬ Зксцентриситт е. Ого л бьг. Щс гсмни. Рис. Параметры калибровки инструмента

1
4
1
. А
2. А
2 О. О9 9. ВЭ9 . X 4 Виаир Т диакр. ОЮ . НО. Рис. Нисштаб V 4 НаслтлБ Т 4 ВивирТ исмр. Э ОЮ9 . ИасмтаЕ V 4 Иомб Т 4 ОиирТ ИСКР. ОЮ9 . Рис.