Структурная схема металлургического завода презентация

и кокс, получаемый переработкой некоторых сортов угля. Кроме этого на металлургический завод в качестве вторичного сырья поступает металлолом и некоторые добавки, улучшающие качество конечного продукта. Чугун, получаемый в доменной печи, частично отгружается в виде товара, а частично поступает в мартеновскую печь, для выплавки стали. Сталь, получаемая в мартеновской печи, также частично отгружается в виде слитков, а часть поступает на переработку путём прокатки. Вначале слитки обрабатываются на обжимном стане (блюминге или слябинге). Цель этой операции - получить заготовку, размеры которой позволяют дальнейшую переработку. Кроме того, на обжимных станах удаляют металл, имеющий раковины и другие дефекты, возникающие при разливке. Блюминг предназначен для получения из слитков так называемых блюмов сечением 150x150 ... 400x400 мм. Слябинг обеспечивает получение слябов сечением 200x600 ... 100x1500 мм. Блюмы используются в качестве заготовок для рельсобалочных станов (рельсы, швеллеры, двутавры), а также в качестве исходного продукта для заготовочных станов, производящих заготовку меньшего сечения для мелкосортовых (проволока, полоса, круг, уголок и т.п.) и трубных станов. Слябы используются для производства листового проката различной толщины.
В последние годы для производства стали используются конверторы или электросталеплавильные печи. Стали широко внедряться установки непрерывной разливки стали УНРС (первая – в Донецке) или МНЛЗ (машина напрерывного литья заготовок), которая заменяет обжимные станы и позволяет существенно снизить затраты (исключается процесс разливки стали в изложницы и обработки слитков на обжимных станах).
ЭП металлургических агрегатов по своему техническому уровню является одним из наиболее совершенных. Он должен удовлетворять весьма разнообразным и сложным условиям эксплуатации. Металлургическая промышленность отличается тем, что доля регулируемых ЭП, которыми оснащены основные агрегаты, существенно больше, чем в любой другой отрасли промышленности.

Структурная схема металлургического завода

стан

Тонколистовой стан холодной прокатки

более 30 мм

4…30 мм

2…12 мм

0,008 … 2 мм

Структурная схема металлургического завода

Структурная схема металлургического завода

разливкой в изложницы обладает целым рядом преимуществ, главными из которых являются исключение из производственного цикла блюмингов и слябингов, снижение в 3-4 раза отходов металла, существенное повышение производительности труда, возможность механизации и автоматизации процесса дозированного перелива жидкой стали из ковша в металлоприемник. Благодаря постоянному совершенствованию этого прогрессивного способа получения металлических заготовок стало возможным разливать спокойную сталь практически любого состава.
Идея непрерывной разливки, принципы которой наиболее полно впервые были сформулированы в 1846 г. Г. Бессемером, долгое время не могла найти реального воплощения по целому ряду причин, главной из которой являлось отсутствие возвратно-поступательного движения кристаллизатора. Лишь спустя восемьдесят семь лет (1933 г.) в Германии выдается патент, согласно которому в конструкции МНЛЗ предусмотрено применение кристаллизатора, совершающего в процессе разливки качательное движение.
Применение машин непрерывного литья заготовок в промышленных масштабах началось в 50-х гг. XX ст. За прошедшие пятьдесят лет техно­логия непрерывной разливки постоянно совершенствовалась по несколь­ким направлениям:
- расширялся сортамент выпускаемой продукции;
- повышалась производительность за счет увеличения скорости разливки;
- расширялись технологические возможности применяемого механичес­кого оборудования;
- совмещались процессы непрерывной разливки и прокатки.
К началу XXI ст. число эксплуатируемых в мире машин непрерывного литья заготовок превысило 1600, что позволило довести долю ста­ли, разливаемой с их использованием, до 80 % от общего объема производства.
Наиболее высоких показателей в области непрерывной разливки достигли такие страны, как Япония, США, Германия, в которых более 90 % производимого металла разливают непрерывным способом. В России и Украине этим способом разливают в настоящее время соответственно 50 и 23 % стали. Для дальнейшего увеличения доли стали, разливаемой в этих странах на заготовки непрерывным способом, будут сооружаться новые высокопроизводительные сортовые и слябовые МНЛЗ и реконструироваться существующие установки.

ласточкиного хвоста или оснащается другими элементами для сцепления со слитком, а нижний находится между тянущими валками. Когда уровень металла достигает отметки 100... 150 мм от верхнего торца кристаллизатора, включается механизм вытягивания непрерывного слитка. Затравка увлекает за собой слиток с образовавшейся коркой и жидкой сердцевиной. Расход жидкой стали согласуется со скоростью вытягивания слитка. Затем слиток (при температуре наружной поверхности 1100... 1250°С) поступает в зону вторичного охлаждения, куда интенсивно подается вода.

Из сталеразливочного ковша 6 сталь поступает в промежуточный ковш 5 и кристаллизатор 4. Слиток вытягивается из последнего с заданной скоростью валками тянущей клети 2 через зону вторичного охлаждения 3, где расположены элементы, удерживающие его от раздутия, и форсунки, с помощью которых на поверхность слитка подается вода, необходимая для интенсификации охлаждения. Ниже тянущей клети расположено устройство 1 для резки слитка на мерные длины и вспомогательное оборудование для уборки заготовок и замены затравки. На вертикальных МНЛЗ выпускают различные марки сталей. Скорость разливки достигает 0,9 м/мин. Однако из-за большой высоты установок (40 м и более) требуется сооружение глубоких колодцев

или высоких зданий и, следовательно, повышенные капитальные затраты. Ограничение скорости разливки объясняется тем, что в тянущей клети слиток не должен иметь жидкой фазы.

В черной металлургии наиболее широкое развитие получил процесс непрерывной разливки стали с кристаллизатором и вытягиванием слитка вращающимися валками. Сталь заливается в водоохлаждаемую изложницу без дна - кристаллизатор, в который перед началом процесса вводится временное дно (затравка).

до оси верхних валков тянущей клети. Эта величина называется металлургической длиной машины.
Скорость разливки слитка данного сечения ограничивается металлургической длиной машины. Чем больше толщина слитка, тем ниже скорость и производительность, поэтому стремятся увеличить ширину слитка, которая на крупных установках достигает 2...2,5м.
В радиальных установках (рис. б) кристаллизатор и зона вторичного охлаждения изогнуты по радиусу R. Металлургическая длина этих машин по сравнению с вертикальными при той же высоте увеличивается примерно в 1,5 раза. Для уменьшения высоты установок иногда уменьшают радиус, но это может вызвать появление внутренних трещин в слитке. По опытным данным минимальное значение радиуса должно составлять Rmin= h/30 (м).
Тянущая клеть в радиальных установках заменена правильно-тянущей машиной 7, благодаря чему слиток можно разрезать на заготовки любой длины. Такая схема лучше согласуется с прокаткой (на ее основе разработаны литейно-прокатные агрегаты). Кроме того, снижаются капитальные затраты на сооружение установок.
Отдельную группу представляют собой современные МНЛЗ, оборудованные вертикальным кристаллизатором. Они имеют вертикальный участок вторичного охлаждения, плавно переходящий в горизонтальный с переменным радиусом. Такие машины сочетают в себе достоинства вертикальных и радиальных машин непрерывного литья заготовок.
Для горизонтальных МНЛЗ характерно расположение всех элементов на уровне пола сталеплавильного цеха, что значительно удешевляет их строительство. Однако при эксплуатации таких машин приходится решать проблему обеспечения надежности узла стыковки кристаллизатора с емкостью для жидкой стали.
В зависимости от числа одновременно отливаемых заготовок МНЛЗ разделяют на одноручьевые, двуручьевые и многоручьевые.
По форме и размерам поперечного сечения получаемой непрерывно литой заготовки различают слябовые и сортовые МНЛЗ.
Выбор типа МНЛЗ связан с учетом целого ряда факторов, главными из которых являются наличие свободных площадей под строительство, производительность сталеплавильных агрегатов, вместимость сталеразливочных ковшей, предполагаемый сортамент выпускаемой металлопродукции.

Конструкция машин непрерывного литья заготовок

стенд 1, представляющий собой полупортальный кран с проемом для размещения сталеразливочного ковша 2; промежуточный ковш 3, установленный на само­ходной тележке 4; водоохлаждаемый кристаллизатор 5 с механизмом качания. Основную часть вертикального участка длиной 15 м занимает зона вторичного охлаждения 6, непосредственно за которой размещена тянуще-изгибающая машина 7, обеспечивающая изгиб затвердевшей заготовки по дуге радиусом 8 м, которая затем с помощью роликовой секции 5 подается в правильную машину 9. После разделения на мерные длины с использованием машины 10 газовой резки слитки рольгангом 11 отправляются на адьюстаж.

Конструкция современной двуручьевой слябовой машины вертикального типа с изгибом отливаемой заготовки

особенностями ее являются выполнение правильно-тянущей машины отдельным блоком и применение для ввода затравки в кристаллизатор сверху машины, работающей в комплексе с качающимся рольгангом.

кристаллизатор сверху

Схема машины для ввода затравки
в кристаллизатор снизу

клети, которая состоит из двух вертикальных станин, имеющих форму рам, в которых расположены подшипники валков. Верхний рабочий валок с помощью нажимного устройства может перемещаться, а ось нижнего неподвижна. Передаточные механизмы прокатных станов в общем случае состоя из следующих узлов: клеть, рабочие шпиндели, соединительная муфта, маховик. Шестерёнчатая клеть предназначена для передачи движения двум или трём валкам, состоит из шестерён одинакового диаметра. В реверсивных станах, обычно, редукторов нет. Шпиндели служат для передачи движения валками от редуктора. Шарнирные соединения между редуктором и валками применены в связи с перемещением верхнего валка. Маховик перемещается в нереверсивных станах, работающих с резко переменной нагрузкой.
Кроме прокатных клетей на прокатном стане применяют ряд вспомогательных механизмов: рольганга для транспортировки металла, кантователи, манипуляторы, ножницы, нажимные устройства.

Конструкция станов

Упрощённая конструкция рабочей клети с групповым и индивидуальным приводом валков

рабочих валков; количеству и расположению рабочих клетей; режиму работы. В зависимости от назначения прокатные станы имеют следующие скорости прокатки: блюминг, слябинг, заготовочный - (3... 7) м/с; рельсобалочный - до 9 м/с; тонколистовые горячей прокатки - 18 м/с; мелкосортные - до 20 м/с; проволочные - до 50 м/с. По количеству рабочих валков клети прокатных станов делятся на двухвалковые (дуо), трёхвалковые (трио), четырёхвалковые (кварто) и многовалковые. По расположению валков: горизонтальные, вертикальные, комбинированные (универсальные), с косыми валками.

Конструкция станов

Схема расположения валков рабочей клети

Двухвалковые клети с горизонтальными валками (а) наиболее распространены. Они применяются в качестве реверсивных обжимных и толстолистовых, заготовочных и сортовых станов.
Трёхвалковые клети (б) имеют три горизонтальные валка, расположенных в одной вертикальной плоскости. Прокатка производится в двух направлениях без реверса (прокатка средних и толстых листов, рельсобалочные станы).

обеспечивают снижение упругой деформации рабочих валков (листовые станы горячей и холодной прокатки). Многовалковые клети (г, д) применяют для прокатки очень тонкого листа, где точность может быть обеспечена при минимальной деформации рабочих валков. Это реализуется за счёт большого количества опорных валков.
Клети с вертикальными валками применяют для бокового обжатия металла, например на слябингах. По количеству и расположению рабочих клетей прокатные станы могут быть: одноклетьевые (а); многоклетьевые линейные (б) с одним приводом (наиболее дешевы, но сложны в эксплуатации); последовательные станы (в) (вначале прокатка идёт в одной клети, а затем передаётся на последующие клети, иногда клети реверсивные); непрерывные станы имеют ряд рабочих клетей, расположенных последовательно. Причём расстояния между клетями меньше длины прокатываемого металла. Клети связаны через металл (г). Это наиболее совершенные и производительные станы (сортовые). Могут быть различные комбинированные схемы прокатных станов. Например, непрерывная группа клетей в комбинации с линейной группой (д) или последовательная клеть в совокупности с непрерывной группой (е). Такие схемы называют полунепрерывными. Кроме того, бывают зигзагообразные, а также шахматные станы с соответствующим расположением клетей.
По режиму работы прокатные станы разделяются на реверсивные регулируемые, нереверсивные нерегулируемые и нереверсивные регулируемые.
Основной характеристикой прокатных станов является диаметр рабочих валков. Для листовых станов − длина валка, определяющая предельную ширину листа; для трубных станов − наружный диаметр получаемой трубы.

Конструкция станов

формы или размеров металла в результате воздействия возникших сил. К обработке металлов давлением относят следующие технологические процессы: прокатка; волочение; прессование; ковка; штамповка.
Около 75% всего получаемого металла обрабатывается прокаткой. Прокаткой называется изменение размеров и формы металлов с помощью двух или нескольких вращающихся валиков. Различают продольную, поперечную и косую прокатку. При продольной прокатке (а) металл деформируется между двумя валками, вращающимися в разные стороны. При поперечной прокатке (б) валики вращаются в одном направлении и металл приобретает вращательное движение. При косой прокатке оси валков расположены под углом к друг другу (в).
Поперечная прокатка применяется для изготовления тел вращения. Косая − для получения сплошного металла (трубы). Наибольшее распространение имеет продольная прокатка (90% всего проката). При прокатке имеет место пластическая деформация. Пластические свойства зависят от состава металла, термической обработки и температуры. С увеличением температуры уменьшается сопротивление деформации, а следовательно усилие и расход энергии на деформацию. Поэтому чаще всего ведут прокатку разогретой стали. Прокатка очень тонкого листа (менее 1 мм) производится в холодном состоянии. При горячей прокатке окалина по толщине будет превышать размер заготовки. При подходе к валкам металл захватывается ими и обжимается, в результате чего уменьшается его сечение за счёт главным образом увеличения длины, так как ширина увеличивается незначительно. Однократный проход металла через вращающиеся валки называется пропуском. Обычно прокатка производится в несколько пропусков.

Схемы продольной, поперечной и косой прокатки

квадратным сечением. Валки калиброванные, имеют по длине разные профили. В зависимости от диаметра валков различают большие, средние и малые. Слябинг − для прокатки слитков до 45т. сеч. 200*600 и 100*1500. Их различие − это рабочая клеть с вертикальными валками, которая устанавливается перед горизонтами валками. Валки слябинга гладкие, без калибров. Для Б и С применяют два варианта привода рабочих валков: однодвигательный (групповой) и двухдвигательный (индивидуальный). Нагретые слитки грузятся на слитковоз, которой доставляет к транспортному рольгангу, далее они перемещаются к рабочей клети.
Манипуляторы − обеспечивают перемещение слитка из калибра в калибр, а также его переворачивается вокруг продольной оси на 900. после завершения прокатки раскат попадает на ножницы, где отрезаются крайние части, содержащие раковины, а также производится нарезка на мерные длины.

1 – нагревательные колодцы;
2 – слитковоз;
3, 11, 13 – транспортирующие рольганги;
4 – передний удлинительный рольганг;
5 – передний рабочий рольганг;
6 – передний кантователь;
7 – рабочая клеть блюминга;
8 – задний рабочий рольганг;
9 – задний кантователь;
10 – задний удлинительный рольганг;
12 – ножницы;
14 – цепной транспортёр (шлеппер).

Технологическая схема реверсивного стана горячей прокатки

валками с целью получения заданного обжатия. Обычно, перемещается верхний валок, а нижний остаётся неподвижным. У блюмингов, слябингов, толстолистовых станов, реверсивных станов холодной прокатки изменение раствора между валками производится после каждого пропуска, у других – редко, только в процессе настройки, при переходе от одного прокатываемого профиля к другому или при износе калибров, подшипников. На конструкцию НУ значительное влияние оказывает скорость перемещения рабочего валка. В зависимости от скорости перемещения валка нажимные устройства делятся:
1. НУ с ручным приводом, применяемые в сортовых станах, у которых калибровка рассчитана на постоянный раствор валков, и в старых конструкциях небольших станах горячей и холодной прокатки листов.
2. Тихоходные НУ с ЭП используются в листовых станах горячей и холодной прокатки, у которых высота подъема валков не превышает 100-200 мм. Скорость перемещения верхнего валка порядка 0,2-1,0 мм/с, что определятся необходимостью иметь малые перемещения (до 0,01мм) и точную остановку. Поэтому тихоходные НУ имеют громоздкие редукторы с передаточным отношением 1500-2000.
3. Быстроходные НУ с ЭП предназначены для станов с относительно большой высотой подъема верхнего рабочего валка, превышающего 1500 мм. Такие устройства применяются для блюмингов, слябингов, толстолистовых станов. Скорость перемещения верхнего валка превышает 1мм/с.

Кинематическая схема НУ
с грузовым уравновешиванием

ДПТ 1 приводят во вращение шестерни 2. Шестерни 5 вращают нажимные винты, имеющие хвостовики квадратного сечения.

режиме с большой частотой включения. Число перемещений валка блюминга достигает 1000-2000 перемещений в час. Для различных блюмингов ПВ составляет от 0,3 до 0,41, толстолистовых станов ПВ= 0,18 - 0,3.
В непрерывных листовых станах горячей прокатки, сортовых, заготовочных и проволочных НУ работает в кратковременном режиме, так как верхний валок перемещается только при настройке стана.
В непрерывных и реверсивных станах холодной прокатки частота включений НУ достигает 150-200 включений в час при ручном управлении. В непрерывных листовых станах с автоматическим регулированием толщины полосы частота включений НУ достигает 1800 включений в час.
Перемещение верхнего валка производятся посредством двух нажимных винтов, вращаемых ЭП, и неподвижно закреплённых на станине клети гаек. Для предотвращения ударов при захвате слитков даже при отсутствии металла в валках должны быть выбраны все зазоры между в НУ. Это обеспечивает уравновешивающее устройство (грузовое или гидравлическое), поджимающее вверх подушку верхнего валка. Значительно реже применяются пружинное или пружинное с обратными винтами.

большую высоту (до 2000 мм на блюмингах и слябингах). Оно осуществляется при помощи грузов, расположенных под рабочей клетью.
Гидравлическое уравновешивание применяют как при большом ходе верхнего валка (на обжимных станах), так и при небольшом растворе валков (на четырехвалковых станах). Оно работает бесшумно, без толчков, имеет небольшие габариты и легко управляемо при работе стана. Развиваемое плунжером усилие составляет 1,2-1,4 веса уравновешиваемых деталей.
Пружинное уравновешивание применяется в тех случаях, когда высота подъема не превышает 50-100 мм. Используется для сортовых станов с постоянным расположением валков. Применяется редко.
Пружинное уравновешивание с обратными винтами, в котором пружины опираются на подвижные опорные гайки, движущиеся со скоростью, равной скорости перемещения валка. Подушка верхнего валка подвешена на тягах, опирающихся на уравновешивающие пружины, которые установлены на подвижной опорной гайке. Гайка находится на полом обратном винте. Шаг полого винта равен шагу нажимного винта, что способствует равенству линейных скоростей нажимного винта и подвижной опорной гайки, на которой находится пружина, удерживающая подушку валка. Такая система уравновешивания применяется сравнительно редко из-за своей большой высоты, дополнительных потерь на трение в обратном винте и сложности конструкции.
В качестве привода НУ обжимных, толстолистовых, непрерывных тонколистовых станов горячей и холодной прокатки с автоматическим регулированием толщины полосы применяют дпт. В качестве привода непрерывных станов используют электродвигатели переменного тока. ЭП нажимных устройств по мощности достигает 2x800 кВт.
ЭП отрабатывает заданное перемещение валка и обеспечивает синхронность перемещения опор валка. Это обеспечивается за счёт взаимосвязанных контуров перемещения правого и левого приводов, которые снабжены датчиками перемещения.

Вспомогательные механизмы прокатных станов

в валки и приема его из валков;
для передвижения металла к ножницам, пилам правильным и другим машинам.

Общая длина рольгангов весьма значительна, а вес их достигает 20-30% от общей массы механического оборудования прокатного стана.
По назначению рольганги делятся на рабочие и транспортные.

Рабочие рольганги расположены непосредственно у рабочей клети стана и служат для задачи прокатываемого металла в валки и приема его из валков. Первые ролики, расположенные справа и слева от валков стана ( по одному или по два с каждой стороны), называют станинными. Эти ролики применяют только на крупных нажимных станах при прокатке слитков и заготовок относительно небольшой длины, а также на черновых клетях толстолистовых станов. Станинные ролики задают металл в валки со скоростью, близкой к окружной скорости валков, и принимают металл по выходе из них. Поэтому станинные ролики приводятся от индивидуальных электродвигателей, скорость которых регулируется в соответствии со скоростью прокатки.
К рабочим рольгангам относятся так называемые раскатные рольганги, которые используются в работе, когда длина раската становится больше длины основных рабочих рольгангов. В нереверсивных станах с последовательным расположением клетей эти рольганги называют также задающими и приемными.

Транспортные рольганги (подводящие и отводящие) предназначе­ны для связи между собой отдельных вспомогательных машин и устройств стана.
Разновидностью транспортных рольгангов являются:
приемный рольганг, который расположен в начале прокатного стана и служит для приема заготовок;
пакетирующие рольганги, которые устанавливаются перед ножницами (для подачи на резку профилей пачками) или за ножницами (для передачи пачек профилей на холодильник).

Вспомогательные механизмы прокатных станов

и скорость их вращения. С целью снижения массы рольганга и уменьшения мощности двигателя диаметр ролика выбирают минимальными по условиям прочности. Длину бочки роликов принимают равной длине бочки валков для рабочих рольгангов, для транспортных рольгангов - на 150-200 мм больше ширины транспортируемого проката. Шаг роликов выбирают из условия, что раскат должен лежать не менее чем на двух роликах, однако он не должен быть очень большим, чтобы раскат не прогибался.
Скорость вращения роликов рабочих рольгангов должна быть на 10-15 % выше скорости выходящего из прокатных валков металла. Для транспортных рольгангов скорость определяется типом и назначением прокатного стана и характером выполняемых технологических операций. Так, для подводящих рольгангов блюминга, транспортирующих тяжелые слитки, скорость равна 1,5-2 м/с, а у отводящих рольгангов за непрерывным широкополосным станом горячей прокатки - до 30 м/с.

Режимы работы ЭП рольгангов зависят от назначения и типа прокатного стана. Рабочие рольганги реверсивных обжимных станов имеют повторно-кратковременный режим с числом включений более 1000 в час. Задающие и приемные рольганги у клетей нереверсивных станов работают в длительном режиме, однако при перестройке стана на новый сортамент имеют значительное количество пусков и торможений. Транспортные рольганги в зависимости от назначения участка могут иметь длительный и повторно-кратковременный режим работы.
При рассмотрении технологического процесса на участке установки рольганга необходимо определить требования по регулированию скорости. Регулируемые рольганги могут быть с плавной или ступенчатой регулировкой скорости. Плавное регулирование скорости имеют рольганги, обслуживающие регулируемые рабочие клети нереверсивных станов с длительным режимом работы. Диапазон регулирования скорости рольганга связан с диапазоном регулирования соответствующей клети и выбирается с учетом некоторых специфических требований. Например, наибольшая скорость отводящих рольгангов берется выше скорости клети для создания разрыва между прокатом. Ступенчатую регулировку скорости с двумя или тремя ступенями имеют рабочие рольганги реверсивных обжимных станов, а также некоторые участки транспортных рольгангов, перестраиваемых на требуемую скорость в зависимости от размеров прокатываемого профиля. Когда требуется точная остановка проката (загрузка печей, устранение сильных ударов об упор в конце линии стана) применяют пониженную "ползучую" скорость.

Вспомогательные механизмы прокатных станов

роликов.
Рольганг с групповым ЭП. При групповом ЭП секция рольганга состоит из 2-10 роликов и имеет общий ЭП. Групповой ЭП применяется для рольгангов, работающих в тяжелых режимах. Кроме того, применение группового ЭП обусловлено прокаткой коротких по сравнению с шагом рольганга заготовок и вследствие этого возникновение большой нагрузки, приходящейся на один ролик. Применение индивидуального ЭП в этом случае привело бы к увеличению установленной мощности, значительно превышающей мощность группового ЭП. Из-за большой частоты пусков и торможений и значительной мощности, а также необходимости регулирования скорости для привода рабочих рольгангов применяются дпт, питающиеся от индивидуального генератора или тиристорного преобразователя.
Это позволило значительно сократить время протекания переходных процессов ЭП и, соответственно, увеличить производительность прокатного стана. С целью уменьшения момента инерции ЭП для рабочих рольгангов используются два ЭД половинной мощности, работающие на один вал. ЭД питаются от одного усилителя мощности. Этим же обеспечивается резерв, но при вдвое уменьшенной мощности.
Если регулирование скорости рабочего рольганга не требуется и частота его включений не превышает 500, то при мощности электродвигателя не более 60-80 кВт применяется ад с ф.р. Такие ЭП применяются у обжимных клетей трио, на участке транспортировки тяжелых заготовок, где велики нагрузки на один ролик, а также для приемных рольгангов блюмингов, загрузочных и приемных рольгангов печей и некоторых промежуточных рольгангов.

Вспомогательные механизмы прокатных станов

Кинематическая схема рольганга с групповым и индивидуальным приводом роликов

уже раскатанной заготовки. Этот привод получил широкое распространение благодаря своим существенным преимуществам: возможности продолжения работы при выходе из строя одного или нескольких электродвигателей; простоте ремонтов из-за отсутствия длинных трансмиссионных валов и конических передач, которые ведут к длительным простоям при поломках; возможности замены двигателя без остановки рольганга и прокатного стана; малого веса двигателей; секции рольганга типизируются и являются механизмами серийного производства, в то время как рольганги с групповым приводом являются механизмом индивидуального производства.
Для индивидуального ЭП наиболее целесообразно применение ад с к.з.р. специальной конструкции с большим пусковым моментом - это рольганговые двигатели серии АР. Двигатели рольганговые питаются от ПЧ с диапазоном регулирования 4:1, причем максимальная частота не должна превышать 60 - 70 Гц, а минимальная частота должна быть не ниже 10 Гц, что определяется характеристиками рольганговых двигателей.

Вспомогательные механизмы прокатных станов

Для индивидуального ЭП рольгангов применяются дпт при необходимости иметь частые и многоступенчатые изменения скорости. ЭП роликов осуществляется в этом случае по системе ТП-Д, а регулирование скорости осуществляется изменением напряжения питающего ТП.
ЭП рольгангов выполняется редукторным и безредукторным. Выбор типа привода в таком случае должен происходить сравнением вариантов привода по капитальным затратам и по эксплуатационным показателям работы.

горячего и холодного металлопроката. Применяются следующие виды резания металла:
- порезка металлопроката на мерные длины;
- обрезание переднего и заднего концов;
- продольное разрезание широких листов на ленты;
- обрезание кромок у листов.

В зависимости от характера резания применяют различную конструкцию ножей, которые определяют следующие типы ножниц:
- с параллельными ножами;
- с наклонными ножами;
- ножницы поперечной резки с катящимся резом;
- летучие;
- дисковые.

Ножницы с параллельными ножами предназначены для поперечной резки горячего металла квадратного, прямоугольного и круглого сечения после прокатки его на блюмингах, слябингах, заготовочных и сортовых станах, а также поперечной резки холодного металла (в этом случае профиль ножа соответствует форме поперечного сечения разрезаемого металла).
Основными параметрами ножниц являются:
- максимальное усилие резания Р;
- ход ножей Н;
- длина ножей L;
- количество резов в минуту (производительность).

Ножницы поперечной резки с параллельными ножами делятся на две основные группы:
а) ножницы с верхним подвижным ножом (верхним резом);
б) ножницы с нижним подвижным ножом (нижним резом).

механизм передается верхнему ножу, который движется вниз и разрезает металл. Этот тип ножниц получил широкое распространение из-за своей простой кинематики. Однако эти ножницы имеют два существенных недостатка:
1) после порезки на нижней грани разрезаемого металла образуется заусенец, который препятствует дальнейшему продвижению металла по рольгангу;
2) отрезаемая часть металлопроката вместе с верхним ножом опускается ниже уровня рольганга, что требует наличия подъемно-качающегося стола, усложняющего конструкцию механизма ножниц.

Кинематическая схема ножниц с верхним резом
1 – верхний нож, 2 – нижний нож;
3 – опускающийся стол; 4 – разрезаемый металл;
5 – шестерня на валу двигателя.

Ножницы с нижним резом не имеют таких недостатков, но они сложнее по конструкции. Наиболее универсальны ножницы с плавающим эксцентриковым валом. Двигатель ножниц, редуктор и универсальный шпиндель передают движение плавающему эксцентриковому валу, который может вращаться как вокруг оси, которая проходит через подшипники в тягах нижнего ножа (если он неподвижный), как и вокруг оси, которая проходит через подшипники в суппорте верхнего ножа при условии его неподвижности.

действием своего веса удерживается в начальном положении. Суппорт верхнего ножа уравновешен, так как верхний нож и прижим начинают движение и опускаются. После соприкосновения с разрезаемым металлом верхний нож останавливается, так как металл, который находится под ним, лежит на неподвижном рольганге. Затем начинает подниматься нижний нож вместе с прижимом и происходит резание металла. Возврат верхнего и нижнего ножей в исходное положение после резания осуществляйся в обратной порядке. Вначале под действием собственного веса опускаются суппорт нижнего ножа и прижим. Затем, когда нижний нож останавливается в исходном положении, начинает подниматься верхний нож вместе с прижимом. Команда на остановку электропривода ножниц в исходном положении подается путевым командоаппаратом, связанным с редуктором ножниц.

В зависимости от толщины разрезаемого металла, процесс резания может проходить по круговому циклу (если эксцентриковый вал совершает полный оборот) или по качательному циклу (если за цикл работы ножниц эксцентриковый вал совершает меньше одного оборота). В этом случае ЭП работает в реверсивном режиме.
Привод ножниц с параллельными ножами осуществляется по системе ТП-Д.

Кинематическая схема ножниц с нижним резом
1 – верхний нож, 2 – нижний нож;
3 – прижим; 4 – плавающий эксцентриковый вал;
5 – редуктор; 6 – двигатели; 7 – путевой
командоаппарат; 8 – разрезаемый металл.

установленный горизонтально, а верхний - наклонно и предназначены для поперечной резки горячего и холодного листового проката, а также сортового металла пачками. Конструктивно они делятся на ножницы открытого типа и ножницы закрытого типа. Ножницы открытого типа имеют короткие ножи и одну станину с боковым просветом для подачи разрезаемого металла. Их применяют главным образом для резки сутунки и сортового металла в холодном состоянии. Ножницы закрытого типа имеют две станины, соединенные внизу траверсой. В просвете между станинами перемещается суппорт с ножом. Эти ножницы применяют для поперечной резки широких полос в холодном, полуостывшем или горячем состоянии.

Ножницы закрытого типа бывают с верхним подвижным ножом или с нижним подвижным ножом. Ножницы с верхним подвижным ножом применяют как отдельно стоящие в прокатном цехе, а в поточных линиях для поштучной резки листов на нужные размеры и обрезки боковых кромок листов. Наклон ножа равен 2-5°.
Ножницы с нижним подвижным ножом устанавливают в линии рольганга прокатного стана или в агрегатах резки полосы, т.е. в поточных технологических линиях. Наклон ножа принимают в пределах 1-6° в зависимости от толщины разрезаемых листов. Чем больше толщина, тем больше угол наклона с целью уменьшения усилия резания. Привод ножниц осуществляется от электродвигателя переменного тока через редуктор и муфту сцепления. На быстроходном валу расположен маховик.

Кинематическая схема ножниц с наклонным ножом
1 – верхний нож, 2 – нижний нож;
3 – муфта сцепления; 4 – редуктор; 5 – коленчатый вал;
6 – маховик; 7 – текстропная передача; 8 – двигатель;
9 – путевой командоаппарат; 10 - тормоз.

для поперечной горячей и холодной резки (и отрезки неровных концов) длинных полос (после горячей прокатки) на листы мерной длины толщиной 20-80 мм и шириной 2000-5000 мм. При таком резе достигается лучшее качество резания по сравнению с гильотинными. Принцип катящегося реза заключается в том, что верхний нож представляет собой дугу окружности, катящейся без скольжения по горизонтальному нижнему ножу. Таким образом, каждая точка на дуге ножа при качении описывает циклоидную кривую и угол резания сохраняется постоянным по величине.

С целью повышения качества реза радиус дуги ножа принимается достаточно большим (20-50м), поэтому угол резания (наклона рабочей хорды дуги) будет минимальным αрез = 1,5-2,0°.

Кинематическая схема ножниц поперечной резки
с катящимся резом

Круговая диаграмма работы ножниц

ходу при его движении с большой скоростью. В зависимости от назначения они имеют разную конструкцию. Наиболее распространены барабанные и кривошипно-шатунные ножницы. Барабанные ножницы применяются для горячей резки широких стальных полос толщиной до 40 мм, холодной резки стальных полос толщиной до 3 мм и горячей резки мелких сортовых профилей. Принцип работы этих ножниц. На двух барабанах по их образующим радиально закреплены ножи по одному или по несколько на каждом барабане. Полоса движется непрерывно и подается к ножницам подающими роликами или валками последней клети непрерывного прокатного стана с постоянной скоростью подачи. При встрече верхнего и нижнего ножей происходит разрезание полосы. Летучие ножницы позволяют резать металл со скоростью 15 м/с и более.
Недостатком барабанных ножниц является непараллельность ножей при резании, что сказывается на качестве процесса резания, т.е. плоскость резания на полосе не будет вертикальной. Однако этот недостаток является несущественным при порезке тонких полос. Поэтому для порезки толстых листов применяются кривошипные летучие ножницы с поступательно движущимися ножами.

Схема барабанных летучих ножниц
1 – подающие ролики; 2 – барабаны с ножами;
3 – ролики; 4 – ролики рольганга

При порезке металла барабанные летучие ножницы могут работать в пуско-тормозном режиме и в непрерывном.
Режим пуско-тормозной применяется для отрезки короткого переднего конца полосы и порезки полосы на длинные куски при небольшой скорости ее движения.
В этом режиме ножницы запускают в ход для каждого единичного реза, а затем останавливают. При отрезании переднего конца запуск ножниц осуществляют при помощи фотореле, установленного перед ножницами. Обычно режим запусков для барабанных ножниц применяют редко. Основным режимом работы таких ножниц является непрерывный.

резания, при котором горизонтальная составляющая скорости резания равна или на 2-3 % больше скорости движения полосы. В этом случае в материале полосы не будут возникать большие растягивающие усилия и в момент резания полоса не будет изгибаться перед ножами.
Следует отметить, что на летучих ножницах длина отрезаемых листов зависит от скорости подачи, поэтому требуется, чтобы отношение скорости подачи к окружной скорости барабана было строго постоянным за все время резания данной полосы, с тем чтобы точность размеров была в заданных пределах. Для поддержания этого соотношения применяют электрическую или механическую синхронизацию.

Для летучих ножниц применяют ЭП с двухзонным регулированием скорости.

Дисковые ножницы

Дисковые ножницы предназначены для обрезки кромок у широких полос и резки этих полос вдоль на несколько узких (роспуска). Ножи изготовлены в виде круглых дисков. Толщина диска равна (0,06-0,1)D диаметра. При резании металла диски вращаются в противоположные стороны. Такие ножницы применяются для порезки движущегося металла большой длины. Для обрезки кромок применяют, двухпарные дисковые ножницы, а для роспуска широкой полосы -многопарные.
Выбор электродвигателя определяется режимом работы ножниц При резании тонких полос (h < 4 мм) ножницы должны работать с максимальной скоростью и максимальной нагрузкой, поэтому регулирование скорости осуществляется при постоянном моменте Мдв = Мн = const изменением напряжения на якоре. При резании толстых полос (h > 4 мм) ножницы работают с различной скоростью в зависимости от толщины полосы, но при постоянной мощности Рдв = Рн = const.

подачи его в определённый калибр валков, а также для выпрямления раската и его кантовки. Линейки манипуляторов обжимных станов располагаются перед и за рабочей клетью. Правые линейки за и перед клетью и левые линейки попарно механически связанны. Перемещение линеек производится при помощи зубчатых колёс и реек. Левые линейки 1, 3 перед и за клетью, также как и правые линейки 2, 4 перед и за клетью, связанны механически. Правая линейка 2 перед клетью снабжена механизмом кантования. Перемещение линеек производиться с помощью штанг 5, снабжённых зубчатыми рейками 7, которые находятся в зацеплении с шестернями 8, приводимыми от двигателей 6. Манипулятор относится к механизмам с большим числом включений в час, достигающим 2000 ... 2200 при ПВ часто превышающем 40%. Необходимый диапазон регулирования скорости не менее 10:1. ЭП должен обеспечивать экскаваторную характеристику. Применяются дпт мощностью несколько сотен кВт.

6

6

7

5

5

5

5

5

5

5

5

8

3

4

2

1

Клеть

Вход металла

Выход металла

Кинематическая схема манипулятора

Вспомогательные механизмы прокатных станов

сторонах непрерывных и реверсивных станов холодной прокатки расположены намоточные устройства (рис.). На непрерывных станах намоточные устройства работают без реверса: на входной стороне – в режиме размотки, на выходной – в режиме намотки. На реверсивных станах намоточные устройства изменяют режим каждый раз с реверсом стана.
Намотка (размотка) полосы должна выполняться с натяжением полосы. Отсутствие натяжения считается аварийным режимом из-за возникновения перекоса полосы и создания петли.

Схема непрерывного стана холодной прокатки

1 – размотчик; 2- летучие ножницы; 3 - сварочная машина; 4 – петледержатель; 5 – рабочие клети, 6 - летучие ножницы на выходной стороне, 7 - две моталки; 8 - натяжные ролики.

Прокатка должна выполняться с постоянным значением величины натяжения, иначе появляется разнотолщинность полосы вдоль полосы. Для регулирования натяжения полосы используют системы прямого и косвенного регулирования. В системах прямого регулирования натяжения выполняется прямой, непосредственной замер усилий натяжения. Наиболее распространенными являются системы косвенного измерения натяжения. В таких системах замеряется не сама величина натяжения, а величина, которая косвенно связана с натяжением.

Вспомогательные механизмы прокатных станов

Рулон, предназначенный для прокатки на реверсивном стане, устанавливается на размотчики стана 1. Передний конец рулона пропускается на заправочной скорости через натяжные ролики 5, клеть 3 и закрепляется на барабане исходной моталки 4. После этого устанавливается заданное положение верхнего валка для нанесения небольшого обжатия и стан разгоняется до полной рабочей скорости. В конце перемотки стан останавливается и конец полосы закрепляется на входной моталке 2. Далее создается натяжение покоя, который в дальнейшем стремятся поддерживать неизменным как при разгоне и замедлении, так и при постоянной скорости прокатки.

диаметра рулона. Изменение диаметра рулона при неизменной угловой скорости намоточных устройств приводит к соответствующему изменению усилий натяжения полосы. Например, при намотке полосы на барабан моталки диаметр рулона Dp увеличивается (рис.). При неизменной угловой скорости барабана его линейная скорость ν стремится к увеличению по отношению к линейной скорости прокатки νпр в валках последней клети. Возникает разность скоростей, которая вызывает увеличение натяжения. Если в этом случае скорость вращения двигателя моталки оставить неизменной, то увеличение линейной скорости рулона быстро приведет к критическому росту усилий натяжения и обрыву полосы. Поэтому необходимо уменьшение угловой скорости моталки ωр таким образом, чтобы скорость намотки полосы равна скорости выхода металла из валков последней клети νпр. Таким образом, система управления электроприводом моталки должна обеспечить постоянство силы натяжения Т на участке моталка (размотчик) – прокатная клеть (тянущие ролики) и неизменность выходной (входной) линейной скорости металла ν=νпр. Эти требования практически реализуются в системе регулировании и поддержания неизменности электромагнитной мощности двигателя моталки.

Схема намотки полосы на барабан моталки

Регулирование по принципу (*) является примером косвенного регулирования натяжения.

η − КПД привода с учетом потерь в двигателе и редукторе.

(*)

намоточно-размоточных и натяжных механизмов должны обеспечивать два режима работы: регулирование частоты вращения двигателя и регулирование натяжения полосы. Первый режим является вспомогательным и не имеет жестких требований к качеству регулирования. Этот режим служит для заправки полосы, ее транспортировки без натяжения, ограничение частоты вращения двигателя при обрыве полосы.
В режиме регулирования частоты необходимо обеспечить:
1) толчковый режим в обе стороны с заданным темпом изменения и уровнем скорости;
2) точность поддержания скорости около 2%;
3) время роста скорости при толчке без выхода на токоограничение 0,1 ... 0,2 с.
В режиме регулирования натяжения:
1) синхронизация по скорости привода намоточно-размоточных механизмов и привода валков клети стана;
2) диапазон регулирования скорости в режиме поддержания натяжения не более 1:50 (определяется произведением кратности скорости прокатки 10 ... 20 на кратность изменения диаметра рулона 1,5 ... 4,0);
3) диапазон регулировки натяжения для различных станов 1:5 ... 1:20, в некоторых случаях 1:50;
4) точность поддержания неизменности натяжения в установившемся режиме 3 ... 12%;
5) точность поддержания неизменности натяжения в динамическом режиме 3 ... 8%;
6) время отработки ступенчатого задания натяжения не более 0,2с с перерегулированием не более 10%;
7) регулируемое превышение линейной скорости барабана над скоростью полосы при заправке в пределах 0 ... 30%;
8) ограничения превышения скорости барабана при обрыве полосы на максимальной скорости 5%, на заправочной скорости – 15%, с последующей остановкой привода.

Натяжные ролики. Натяжные ролики должны обеспечивать неизменность натяжения полосы в звене "клеть - натяжной ролик" или между соседними натяжными роликами. Группа этих механизмов работает в длительном и обычно нереверсивном режиме. Из-за возможности изменения режима натяжения, когда отдельные ЭП могут переходить из режима двигателя в инверторный режим и наоборот, возникает необходимость в реверсивном ЭП. Кроме этого существуют дополнительные требования к ЭП:
1) точность поддержания натяжения 3 ... 5%;
2) время отработки толчка задания тока не более 10 ... 25 мс.

привода

Из условий технологического процесса блюминга − слябинга вытекают следующие требования к главному приводу.
1. Минимальное время протекания переходных процессов при заданных предельных значениях допустимого тока.
2. Большая частота включения приводного двигателя − до 1000 вкл/час.
3. Широкий диапазон регулирования скорости (D≥20:1).
4. Необходимость двухзонного регулирования.
5. Высокая перегрузочная способность по току и моменту с учётом того, что после захвата привод в течении определённого промежутка времени преодолевает динамическое усилие и усилие деформации металла.
6. Высокая надёжность работы системы привода.
7. Высокая ремонтоспособность системы привода (экономические потери от остановки стана весьма велики).

При расчёте и проектировании главных приводов реверсивных станов необходимо знать перегрузочную способность двигателя при разных скоростях вращения, которые могут быть получена их эксплуатационных характеристик, на которых приведены графики удельных значений тока, момента и мощности для различных скоростей.

В главных приводах обжимных станов применяют двигатели постоянного тока, получающие питание от отдельных регулируемых источников. В последнее время начали использоваться системы ТПЧ-СД. Реверсивные прокатные двигатели, изготовляемые в настоящее время имеют мощность 8000…11500 кВт; номинальная скорость − 60…65 об/мин; предельную скорость при ослаблении поля 90…120 об/мин. Характерным для этих двигателей является пониженное значение момента инерции 75…125 т∙м2.

Эксплуатационная характеристика двигателя

привода

Расчёт мощности двигателя блюминга или слябинга является проверочным. Предварительно двигатель выбирается исходя из опытных данных. Исходными данными при проверочном расчёте является программа прокатки для наиболее тяжёлого сортамента. В программе указывается количество пропусков, размеры раскатов после каждого пропуска распределение обжатий по пропускам. Строится график скорости по пропускам.

В первых пропусках диаграмма скорости треугольная (nmaxnн. При расчётах обычно время разгона до nн берётся 0.7…1 с, а динамический ток − Iдин=(0.8…1)∙Iн.
Ускорения дли группового привода − а=40…60 (об/мин/с); для индвидуального привода: а=70…100 (об/мин/с). Замедления для группового привода − b=50…100 (об/мин/с); для индвидуального привода: b=80…130 (об/мин/с).

По диаграмме скоростей строится диаграмма моментов по пропускам и подсчитывается эквивалентный момент за цикл прокатки. Двигатель проходит по нагреву, если эквивалентный момент не превышает номинального. Максимальный момент не должен превышать допустимого по условиям эксплуатации во всём диапазоне регулирования скорости.

Типовые графики скорости

машине, строился по системе генератор − двигатель. На рис. изображена система Г – Д с маховиком на валу генератора. Такая система называлась системой Леонарда – Ильгнера.
Мотор – генераторная группа такой системы состоит из двух параллельно работающих генераторов 1, приводного асинхронного двигателя 3 с регулятором скольжения 4 и маховика 2. Регулятор скольжения работает в функции тока, потребляемого двигателем 3 из сети. Если ток небольшой, то скольжение уменьшается за счет закорачивания ротора. При этом маховик ускоряется, запасая энергию. При повышении нагрузки регулятор 4 вводит сопротивление в ротор двигателя 3. Маховик отдает накопленную энергию. Таким образом удается резко уменьшить нагрузки на электрическую сеть за счет использования энергии маховика, накопленной в менее загруженных пропусках.

Система Леонарда – Ильгнера была целесообразна из-за недостаточной мощности электрических сетей металлургических заводов во время довоенной индустриализации и послевоенной разрухи. В дальнейшем в качестве приводных для мотор–генераторных групп стали применять более экономичные синхронные двигатели.

Система Леонарда – Ильгнера

Функциональная схема системы автоматического управления главным приводом блюминга

– Д, недостатком которой являлась большая мощность в цепи регулирования, требующая применения мощной релейно-контакторной аппаратуры, обладающей недостаточным быстродействием и недостаточной надежностью.

Функциональная схема системы автоматического управления главным приводом блюминга

+

-

С появлением электромашинных усилителей стали применять кубическую систему Г – Д, в которой LG3 питается от возбудителя G2, а его обмотка возбуждения LG2 – от электромашинного усилителя (ЭМУ). Регулирование скорости производится в цепях управляющих обмоток ЭМУ, на одну из которых подается сигнал задания скорости, а на остальные – сигналы обратных связей.

До настоящего времени реверсивные прокатные станы оснащались системами тиристорный преобразователь – двигатель постоянного тока (ТП - Д) с реверсом тока главной цепи. За рубежом и в Украине уже появились в эксплуатации электроприводы реверсивных станов по схеме НПЧ – СД.

Схема кубической системы Г – Д

Система Г – Д с релейно-контакторным управлением
в цепи возбуждения

реверсивные прокатные станы оснащаются системами ТП − дпт с реверсом тока в главной цепи. За рубежом и на Украине появились ЭП реверсивных станов по схеме НПЧ − АД. Приведенная на рис. функциональная схема управления по системе ТП-Д обеспечивает в первых пропусках работу в пределах номинальной скорости двигателя, когда длина раската велика, а обжима − мала - с ослаблением поля двигателя.

Функциональная схема управления ЭП
реверсивного стана по системе ТП – Д

Для питания якоря прокатного двигателя применен реверсивный тиристорный преобразователь UD1, вентильные группы которого питаются от трансформаторов TV1 и TV2. Реверс двигателя главного привода М обеспечивается раздельным управлением этими группами при помощи СИФУ-1. Схема управления якорем двухконтурная (контур скорости, контур тока). Скорость устанавливается бесконтактным командоаппаратом КА через задатчик интенсивности ЗИ.

интегрально-пропорциональный, а регулятор ЭДС двигателя РЭ – интегральный с ограничением. В цепь обратной связи по ЭДС двигателя включен датчик ЭДС ДЭ, получающий сигнал пропорциональный току главной цепи и напряжению (ДТ, ДН), и модульный элемент МЭ, выделяющий модуль сигнала ЭДС двигателя.
Полярность выходного сигнала МЭ не изменяется от направления вращения двигателя М. На вход регулятора ЭДС подается сигнал пропорциональный номинальной ЭДС двигателя (при номинальном токе возбуждения).
Система обеспечивает автоматический переход в зону ослабления магнитного потока двигателя М в функции сигнала командоаппарата оператора КА.
Если Uз.с < 0,95 Uз.с.ном , то регулирование скорости происходит путем изменения напряжения опорной цепи при Ф = const. Если Uз.с>0,95∙Uз.с.ном, то напряжение питания якоря остается постоянным, а ток возбуждения (поток Ф) двигателя уменьшается с ростом Uз.с . При разгоне до номинальной скорости (первая зона регулирования) Uз.с=0,95∙Uз.с.ном . Поскольку Ед = 0 регулятор РЭ входит в насыщение и до n = 0,95nном. будет оставаться в этом состоянии; при этом ток возбуждения Iв=Iв.ном. и поток Ф имеет максимальное значение. Если поставить рукоятку КА в положение соответствующее Uз.с > 0,95 Uз.с.ном , ЭДС двигателя при n > 0,95nном. станет больше, сигнал на выходе МЭ станет больше Uз.э. . На входе РЭ появится отрицательный сигнал, который выведет его из состояния насыщения, поток двигателя будет уменьшаться, а скорость увеличиваться до тех пор пока сигналы Uз.э. и обратной связи по ЭДС двигателя не сравняются. Это произойдет при скорости выше номинальной, определяемой положением КА.

Функциональная схема системы автоматического управления главным приводом блюминга

генератора и двигателя

САУ с внешним оборудованием

управления главным приводом

к их электроприводу

Чтобы построить графики нагрузки, необходимые для мощностей двигателей ножниц должны быть определены статические моменты. Для этой цели применяют 2 способа:
1) статический момент реза определяется по величине давления Р на ножах. Для расчёта используют удельное сопротивление резанию в виде зависимости удельного сопротивления резанию от относительной глубины надреза τ=f(ε). Эти экспериментальные данные в виде таблиц или кривых определяются для случаев реза металла разного состава при разных температурах;
2) по второму методу, который можно назвать методом удельных расходов энергии, используют экспериментальные данные об удельной работе резания в зависимости от относительной глубины надреза а=f(ε).
Процесс резания во всех случаях протекает следующим образом. Вначале происходит вмятие ножей в металл. При этом давление Р на ножах растёт. По достижении максимальной величины Рm начинается процесс сдвига (процесс самого реза). При этом по мере уменьшения площади уменьшается величина Р, и наконец, происходит отрыв. Чем твёрже металл и ниже температура, тем раньше происходит отрыв. При высокой температуре сдвиг происходит почти до конца реза.

График зависимости удельного сопротивления
резанию от относительной глубины надреза

Рассмотрим, как определяется давление и момент резания при помощи зависимости τ=f(ε). Относительная глубина надреза равна:

ν − глубина надреза (мм),
h − начальная высота сечения (мм).

Полное усилие резания равно:

τ − удельное сопротивление резанию (Н/мм2),
S − площадь поперечного сечения полосы (мм2)

По рассчитанным данным усилий резания в зависимости от кинематической схемы ножниц строят график статических моментов в функции времени M=f(t).

к их электроприводу

При расчёте по удельным расходам энергии удельный расход энергии а представляет собой работу резания образца сечением 1 мм2 при его высоте 1 мм и выражается [Н∙мм/мм3].
Полная работа резания А при параллельных ножах равна:

S − площадь поперечного сечения полосы (мм2);
h − высота сечения полосы (мм);
a − удельная работа резания (Н∙мм/мм3).

Удельная работа резания равна:

Она определяется по площади кривой (рис.) в пределах от начала резания до отрыва отрезаемого металла. При резании листового металла на ножницах с наклонными ножами полное усилие Р содержит три составляющие: Р1, Р2, Р3:

Р1 − усилие реза;
Р2 − усилие изгиба отрезаемой части;
Р3 − усилие изгиба металла в зоне резания.

Усилие Р1 может быть определено на основании опытных данных об удельной работе резания а по формуле Целикова:

α − угол наклона между ножами

Полное усилие резания Р с учётом Р2 и Р3 обычно определяется по формуле:

(*)

λ:

Расчёт мощности электропривода ножниц с параллельным резом, наклонными ножами
и требования к их электроприводу

σ5, σ, x − коэффициенты, зависящие от температуры металла
и его химического состава (справочник Целикова),
d − диаметр отрезанной части,
y=c/h.
с − боковой зазор, который рекомендуется брать: c=0.07∙h при h<5 мм;
c=0.5∙h при h>5 мм; x=10 для листа.
b − ширина листа.

По усилию резания момент определяется обычно графо-аналитическим путём в зависимости от кинематической схемы ножниц.
Полная работа резания для ножниц с наклонными ножами равна произведению усилия Р на условный ход ножей:

Средняя мощность двигателя ножниц равна:

Тц − время цикла.

Ножницы обжимных станов являются наиболее загруженными механизмами, поэтому сокращение цикла весьма необходимо. Число включений в час составляет от 350 до 600 и более. Механическая характеристика двигателя должна обеспечивать получение тока упора, а его САУ − синхронизацию ножей с необходимой точностью (требуется регулятор положения). Высокое быстродействие. Применение для ножниц безредукторного привода позволяет за счёт резкого повышения ускорений и замедления увеличить число резов в 2 и даже в 5 раз по сравнению с редукторным, а также снижает запас кинетической энергии, что даёт при высокой скорости перемещения ножей уменьшение ударов в момент их соприкосновения с металлом.

резании на дисковых ножницах учитывают две составляющих усилия резания:

Р1 − усилие собственного реза,
Р2 − усилие изгиба отрезаемой собственной части.

Усилие Р1 определяют по формуле Целикова:

a − удельная робота резания, полученная на основании опытных данных
и определённая по приближённой формуле (*)

y − перекрытие ножей (мм);
D − диаметр диска (мм).

Полное усилие резанию Носсаль рекомендует определять по формуле:

Момент на ножах этих ножниц будет равен:

Коэффициент K1 определяют по рис.

Потребляемая мощность определяется по формуле:

Двигатель дискових ножниц испытывает длительную нагрузку. Его САУ должна обеспечивать требуемую жёсткость механической характеристики в соответствии с конкретным технологическим требованием.

от расположения привода различают 2 типа конструкций манипуляторов − европейский и американский. Для манипуляторов европейского типа линейки расположены по обе стороны рольганга. Конструкция такого манипулятора проста, но требует много места. Для манипуляторов американского типа привод правых и левых линеек располагаются с одной стороны рольганга.
Манипуляторы относятся к механизмам, работающим с большим числом включений в час, причём фактическая частота включений электропривода, как правило, больше того расчётного значения, которое можно определить на основании конкретной программы прокатки. Число включений в час достигает 1500−2000. Программные перемещения линеек и их число, необходимые при проектировании электропривода определяют на основании калибровки валков и учёта технологии. Кантовка слитка перед определённым проходом, правка искривлённых слитков производится линейками манипулятора.

Требования, предъявляемые к электроприводу манипуляторов и расчёт его мощности

Кинематическая схема манипулятора европейского типа
1 – левая линейка перед станом (с кантующим механизмом);
2 – правая линейка перед станом; 3 – толкающая штанга левой линейки; 4 – толкающая штанга правой линейки; 5 – зубчатая рейка;
6 – редуктор манипулятора; 7 – электродвигатель манипулятора; 8 – командоаппарат, 9 – тормоз; 10 – редуктор кантователя;
11 – электродвигатель кантователя; 12 – линейки манипуляторов за станом

Кинематическая схема манипулятора американского типа
1 – левая линейка перед станом (с кантующим механизмом);
2 – правая линейка перед станом; 3 – передняя толкающая штанга; 4 – передняя тянущая штанга; 5 – зубчатая рейка;
6 – редуктор манипулятора; 7 – электродвигатель манипулятора; 8 – командоаппарат, 9 – тормоз; 10 – редуктор кантователя;
11 – электродвигатель кантователя; 12 – линейки манипуляторов за станом

ЭП предъявляются следующие требования:
1) высокое быстродействие;
2) обеспечение большого числа включений в час (до 2200);
3) перемещение линеек с заданной точностью регулирования;
4) диапазон регулирования скорости не менее 10:1;
5) обеспечение экскаваторной характеристики с частыми стопорениями при правке металла;
6) высокая надёжность системы электропривода.

Суммарный момент статического сопротивления Мс, приведённый к валу двигателя, равен:

М1 и М2 − моменты, необходимые для перемещения линеек манипулятора и слитка вдоль роликов рольганга соответственно;
М3 − момент, необходимый для правки искривлённой полосы.

Статические моменты и мощности ЭП манипулятора рассчитывают для одной пары линеек, причём для расчёта необходимо брать ту пару, которая несёт на себе ЭП и механизм кантователя. Составляющие момента статического сопротивления определяют следующим образом:

и − моменты, необходимые для преодоления трения скольжения линеек манипулятора по направляющим и трения качения зубчатых реек по реечным шестерням соответственно;

∑m1 и ∑m2 - суммарная масса деталей, приходящаяся на трущиеся поверхности ползунов линеек и катящейся по реечным шестерням соответственно;

dш − диаметр реечной шестерни;
μ1=0.15 − коэффициент трения скольжения линеек о стальные направляющие при бронзовых вкладышах на ползунках;
f=0.1 см − коэффициент трения качения реек по реечным шестерням;
i и η − передаточное число и КПД редуктора,
g=9.81 м/с2 − ускорение свободного падения.

схемы манипулятора величины ∑m1 и ∑m2 выражаются следующим образом:

mn1 и mn2 − массы правых линеек перед и за клетью;
mk − масса кантователя с электроприводом;
∑mш2 − суммарная масса толкающих штанг правых линеек;
∑mш3 − масса штанг и шатуна кантователя; коэффициент 2/3 учитывает то, что только часть массы приходится на трущиеся и катящиеся поверхности.

Момент, необходимый для перемещения слитка по роликам рольганга:

mсл − масса прокатываемого слитка;
μ2 − коэффициент трения скольжения слитка по роликам рольганга.

Момент, необходимый для правки искривлённого слитка, равен:

Р − усилие, которое должны развивать линейки при исправлении изогнутого слитка.

Усилие Р приближённо определяется по формуле:

l − длина искривлённой полосы или линеек манипулятора (мм);
σs − предел текучести прокатываемого металла (Н/м);
S − сечение прокатываемого металла.

При ориентировочных расчётах значение Р берётся по таблице.

на валу ЭД манипуляторов определяется из уравнения движения:

Линейное ускорение или замедление линеек:

Подставляя значение dω/dt и учитывая действие пускового момента Мп или момента электрического торможения Мт получаем для периода пуска и торможения расчётные формулы для определения линейного ускорения и замедления линеек манипулятора:

На основании программы прокатки составляется таблица перемещение линеек манипулятора. Используя эту таблицу, строят тахограмму работы привода манипулятора, на основании которой рассчитывается нагрузочная диаграмма двигателя.
Проверка двигателя по нагреву и перегрузочной способности производится известными методами.

ЭП рольгангов предъявляются следующие требования:

1) закрытое исполнение двигателей для защиты от воздействия окалины и воды;
2) частая работа на упор (до 15 с);
3) работа в режиме короткого замыкания;
4) ограниченный максимальный момент двигателя во избежание поломок;
5) повышенная электрическая и механическая прочность;
6) большое число включений в час (до 1200);
7) высокое быстродействие;
8) ввиду непосредственной близости к горячему металлу обмотки двигателей должны иметь жаростойкую изоляцию.

При расчетах нагрузки электродвигателей рольгангов в различных режимах работы необходимо определить следующие статические моменты:
- момент холостого хода Мх;
- момент транспортирования металла по роликам Мтр;
- момент буксования роликов о металл Мб,

Момент холостого хода рольганга, приведенный к валу двигателя

mp - масса одного ролика, кг;
Zp - количество роликов;
dш - диаметр шейки ролика, м;
μш - коэффициент трения скольжения в подшипниках ролика;
i - передаточное число редуктора;
ηхх - КПД редуктора при холостом ходе.

рольгангов и расчёт мощности его привода

mm − масса метала, которая приходится на секцию рольганга,
приводимую данным двигателем, кг
η − КПД редуктора;
f - коэффициент трения качения металла по роликам (для холодного
металла f =0,1 см, для горячего металла а f =0.15 см).

Момент буксования, приведённый к валу двигателя, определяется по формуле:

Dp − диаметр ролика,
μб − коэффициент рения скольжения роликов о металл при буксовании (μб=0.1…0.15 − холодная сталь, μб=0.2…0.2 − горячая сталь)

Определение момента Мб роликов по металлу необходимо для выбора электродвигателя по перегрузочной способности.

Момент буксования. Двигатели рольгангов у клетей реверсивных станов, задающие рольганги у нереверсивных клетей, рольганги у упоров ножниц и пил для резки проката должны обеспечивать момент, достаточный для пробуксовки роликов о металл.

При выборе электродвигателей приводов рольгангов кроме статической нагрузки надо произвести оценку динамических показателей привода (моменты разгона и торможения для холостого и гружёного рольганга).

Расчёт мощности двигателя группового привода ведут с учётом всех его роликов.

Расчёт мощности индивидуального привода относятся к одному ролику.

сделать следующую разбивку рольгангов по технологическим признакам, для которых могут быть приняты одинаковые составляющие моментов.
Рольганги, работающие в чисто транспортном режиме. Двигатель, вращающий эти рольганги должен покрывать статический момент транспортирования и момент холостого хода. Он также должен покрывать момент от искривления полосы:

Мтр − статический момент транспортирования,
Мдоп − дополнительный момент от искривления полосы.

Рольганги, работающие в условиях, когда возможен упор. Двигатель должен иметь момент для вращения в условиях буксования при неподвижном металле:

Мб − момент буксования

Если двигатель не покрывает этот суммарный момент, он может опрокинуться и наступит режим короткого замыкания. Выбранный таким образом двигатель обеспечивает и разгон.

Рольганги, которые должны обеспечить максимальное ускорение для сокращения времени пауз, чтобы получить максимальную производительность. Двигатели этих рольгангов должны обеспечить момент буксования на прокатываемой заготовки, покрывать потери холостого хода, момент транспортирования и момент ускорения движущихся частей:

Полученные значения моментов необходимы и достаточны.

Во всех случаях необходима проверка двигателя по нагреву.

Мразг − момент ускорения движущихся частей рольганга.

момент при ускорении:

Предельно-оправдываемый момент при замедлении:

Mcтр min, Mcтр max - полные статические моменты при транспортировке металлопроката соответственно максимальной и минимальной массы;

J∑ - суммарный момент инерции системы на валу двигателя с учетом массы заготовки

Специфической особенностью для рольгангов является определение так называемого предельно-оправдываемого момента (максимального, не дающего пробуксовки момента электродвигателя), так как при разгоне рольганга с находящимся на нём металлом ускорение не может быть больше величины:

μб − коэффициент трения скольжения роликов о металл;
Fт − сила тяжести транспортируемого металла.

Максимально возможные ускорения при транспортировке металлопроката по стальным роликам:
для холодного металла – amax= (0,98…1,47) м/с2
для холодного металла – amax= (1,47…2,94) м/с2

При движении металла по роликам с ускорением, но без буксования, динамический момент не должен быть больше силы трения между роликом и рольгангом.

транспортирующим механизмом, доставляющим слитки от нагревательных колодцев к рольгангу. Производительность слитковоза зависит от количества перевозимых слитков, интенсивности ускорений и замедлений, а также от максимальной скорости перевозки. Интенсивность ускорения и замедления определяется коэффициентом сцепления с рельсами и весом, приходящимся на каждую ведущую ось − сцепным весом слитковоза Рк. Коэффициент сцепления φ уменьшается с увеличением скорости передвижения, однако это уменьшается незначительно и можно принять φ=0.18…0.22. Производительность слитковоза зависит от ускорений и замедлений, поэтому эти величины целесообразно поддерживать неизменными и равными предельно допустимым. Если при движении слитковоза сила инерции Т больше сил сцепления F между ходовыми рельсами и колёсами, то произойдёт скольжение колёс о рельсы:

G0 − сила тяжести слитковоза со слитками;
a − ускорение (м/с2)

Из равенства T=F можно определить максимально допустимое ускорение, называемое критическим, выше которого начинается буксование:

Статический момент двигателя Мс при движении исходного слитковоза со слитком, равен:

β=1.5…2 − коэффициент, учитывающий трение реборд ходовых колёс о рельсы;
η и i − КПД и передаточное число редуктора;
μ − коэффициент трения в подшипниках
(μб=0.08…0.15 − подшипники скольжения, μб=0.008…0.01 − подшипники качения);
r − средний радиус подшипников ходовых колёс,
f=0.05…0.08 см − коэффициент трения каченя ходового колеса о рельс.

Динамический момент на валу двигателя равен:

радиус ходовых колёс (м);
Мдин1 − динамический момент, необходимый для преодоления сил
инерции поступательно движущихся тел;
Мдин2 − динамический момент, необходимый для преодоления
инерции вращающихся масс;
m0 − масса поступательно движущихся частей;
J − момент инерции вращающихся масс, приведённый к валу двигателя.

Полный момент двигателя при ускорении, равном критическому, называется предельно оправдываемым. С учётом последних выражений получим:

Ускорение слитковозов доведено до 1.1…1.3 м/с2, а скорость движения − до 7 м/с. Производительность многих прокатных станов в большей степени зависит от своевременной подачи слитков от нагревательных колодцев к приёмному рольгангу. Величина скорости передвижения слитковоза зависит от максимальной скорости, средних ускорений и замедлений, а также от заданного перемещения.
При ручном управлении среднее замедление обычно значительно ниже допустимого по условиям отсутствия пробуксовки. Это объясняется боязнью оператора разбить слитковоз о рольганг. Для обеспечения максимального быстродействия и минимального времени цикла важно обеспечить точную остановку слитковоза у колодца, так как в противном случае кран должен выполнять дополнительные движения. Подлежит автоматизации управление слитковоза при подходе слитковозов к рольгангам и к заданной группе колодцев.
Дальнейшему повышению скорости (более 7 м/с) препятствует большой вес слитковоза, что приводит к быстрому разрушению пути и снижению надёжности работы контактной сети. Выход − переход к канатному приводу.
Одним из основных требований, предъявляемых к системе управления ЭП слитковоза с приводными колёсами является необходимость безбуксовочного ускорения и замедления. В связи с большой опасностью разбить слитковоз о рольганг основное внимание должно быть уделено защите и аварийному торможению.

вращении нажимных винтов момент статического сопротивления Мс создаётся силами трения: в шлицах и нарезке нажимных винтов; в пятах нажимных винтов; в опорных подшипниках и направляющих, по которым скользят подшипники нажимных винтов и траверсы уравновешивающего устройства. Поскольку верхний валок перемещается во время пауз, то усилие давления металла на валки в расчёте не учитывается. Его учитывают в расчетах НУ листопрокатных станов.
Мс, приведённый к валу двигателя, определяется для различных направлений движения верхнего валка по следующим формулам:
− при опускании верхнего валка:

− при подъёме верхнего валка:

где MВ − момент трения в нарезке двух нажимных винтов;
Мпт − момент трения в пятах нажимных винтов;
i и η − передаточное число и КПД редуктора.
Коэффициент 1.1 учитывает трение подушок о направляющие, трение в опорних подшипниках и другие неучтённые сопротивления.
Момент трения в нарезках нажимных винтов определяется:

где Рy − усилие, действующее на нажимные винты, равное

Знак (+) соответствует опусканию валка,
а (-) – подъему.

mв − масса верхнего валка с подушками, опорными стаканами и другими деталями;
mнв − масса нажимного винта (кг);
mтр − масса траверсы уравновешивания;
g=9.81 м/с2 − ускорение свободного падения;
∑m − суммарная масса уравновешиваемых деталей, равная

dср− средний диаметр нарезки нажимного винта;
α− угол подъёма винтовой линии нарезки нажимного винта;
ρ − угол трения в нарезке нажимного винта;

- коэффициент трения в резьбе при нормальных условиях смазки

нажимной винт имеют не прямоугольную, а трапецеидальную нарезку, необходимо учитывать угол скоса резьбы β.
Момент трения в пятах нажимных винтов:

dпт − диаметр пяты;
μп=0.12…0.18 − коэффициент трения в пяте.

Если механизм установки верхнего валка имеет систему уравновешивания с обратными винтами, то в расчетах необходимо учитывать моменты, создаваемые этими винтами.

Динамический момент на валу электродвигателя НУ определяется из уравнения движения:

МС − момент статического сопротивления, приведённый к валу двигателя

или при движении валков вверх или вниз.

Угловое ускорение двигателя:

Линейное ускорение и замедление нажимных винтов а, необходимое при расчёте ЭП определяется следующим образом: при установившемся движении нажимной винт делает один оборот за время:

ωв − угловая скорость нажимного винта.

За это время, двигаясь со скоростью vв, нажимной винт совершит перемещения, равные шагу нарезки h:

С учётом последних выражений получим:

Линейное ускорение будет равно:

ускорения и замедления нажимного винта:

Расчёт мощности двигателя нажимного устройства и требования к его электроприводу

Мп и Мт − пусковой и тормозной моменты электродвигателя.

Порядок расчёта мощности двигателя следующий:
1) в соответствии с программой прокатки составляется таблица перемещений верхнего валка;
2) рассчитывается допустимое время перемещения по пропускам;
3) на основании этой таблицы строится тахограмма и нагрузочная диаграмма ЭП НУ и вышеописанные зависимости;
4) проверка двигателя по нагреву и перегрузочной способности производится известными методами.

Величина тока упора определяется условиями обеспечения необходимых ускорений и замедлений. НУ реверсивных обжимных станов работают в напряжённом режиме с большим числом включений в час, поэтому параметры привода необходимо выбирать так, чтобы он обеспечивал минимальное время протекания переходных процессов.
Максимальная скорость перемещения валка составляет 250 мм/с, а ускорение и замедление − 150 мм/с2 и выше.
Точность остановки верхнего валка блюминга и слябинга ±1мм.
Для привода нажимных винтов чаще применяют вертикальные электродвигатели.
Прокатка металла ведётся по заранее установленным программам обжатий, которые определяет положение валка в каждом пропуске. Верхний валок перемещается нажимным механизмом в течении паузы перед очередным пропуском металла, поэтому задачей САУ является обеспечение определённой серии программ положений верхнего валка и обработка этих положений. Поставленной задаче наиболее полно отвечает привод с регулированием положения с программным управлением.
В качестве аварийного торможения целесообразно использовать динамическое торможение.

ножниц в линии прокатного стана

На некоторых станах между последней клетью и ножницами устанавливаются следящие или подающие ролики 12, которые через редуктор 13 приводятся во вращение двигателями 14. Элементы измерительных устройств 15 (сельсин и тахогенератор) приводятся во вращение через редуктор 16. Подача металла осуществляется рольгангом 7. Применение следящих (подающих) роликов позволяет также точно измерить скорость проката, так как скорость роликов определяется скоростью металла. Одновременно следящие ролики могут быть использованы для измерения длины отрезаемой заготовки.

На рис. приведено обычное расположение летучих ножниц в линии прокатного стана. Прокатываемая полоса 1 выдаётся рабочими валками 2 последней клети стана. Привод рабочих валков осуществляется от двигателя 4 через редуктор 3. Через кинематический редуктор 5 приводятся во вращение элементы измерительных устройств 6 − сельсин и тахогенератор, при помощи которых обеспечивается синхронная работа летучих ножниц с последней клетью стана. Регулирующий механизм 8 летучих ножниц приводится во вращение двигателем 9 через редуктор 10, от которого приводятся во вращение элементы измерительных устройств 11 − сельсин и тахогенератор.

разнообразных условий работы можно выделить некоторые характерные для всех летучих ножниц признаки, определяющие выбор САУ:
− ножницы должны резать движущуюся полосу в поперечном направлении при её рабочей скорости;
− при резании на мерные длины последние могут изменяться в довольно широких пределах;
− ножницы и САУ должны обеспечивать получение заданного ряда длин;
− точность реза должна быть высокой во избежание больших отходов металла;
− ножницы и САУ должны обеспечивать получение первой мерной длины отрезаемого проката или отрезания переднего конца полосы заданной длины (обеспечивается пуском ножниц из фиксированного положения либо применением в приводе ножниц регуляторов пространственного положения ножей);
− система ЭП должна обеспечивать максимальное быстродействие в переходных процессах, что важно для сокращения паузы между прокатываемыми полосами, то есть увеличения производительности стана;
− ЭП и его система управления должны обеспечивать разгон и торможение ножей до рабочих скоростей при заданных углах поворота за время разгона;
− надёжная работа при большом числе включений в час;
− фиксация ножей в исходном положении с высокой точностью (±1º)
− запас кинетической энергии движущихся частей механизма и привода должен быть достаточным для разрезания максимальных сечений при минимальной рабочей скорости.

С точки зрения ЭП летучие ножницы можно разделить на следующие группы.
1. Ножницы, работающие с постоянной скоростью вращения ножей между резами.
1.1. Имеющие регулятор пространственного положения ножей для получения первой мерной длины.
1.2. Останавливающиеся после разрезания каждой полосы в исходном положении и начинающие работу при подходе следующей полосы.
2. Ножницы, работающие по заданной программе изменения скорости двигателя в период между резами (ножницы с электрическим выравниванием скоростей).
3. Ножницы, работающие в режиме пуска для каждого реза.

типа имеют сельсинный регулятор пространственного положения ножей, включаемый в работу для получения первой мерной длины, после чего он отключается. Последующее разрезание полосы на мерные длины происходит по тахометрической схеме. Принцип действия сельсинного регулятора пространственного положения ножей заключается в следующем: конец полосы после выхода из последней клети проходит один и тот же путь, равный расстоянию от клети до ножниц. При разрезании полосы на мерные длины, угловой путь, пройденный ножом, находится в постоянном отношении к угловому пути, пройденного рабочими валками. Это означает, что для отрезанного конца полосы постоянной длины ножи во время входа полосы в последнюю клеть должны всегда занимать одно и то же пространственное положение и к моменту встречи должны пройти определённый угловой путь.

Тахометрическая схема работает следующим образом. Измерительным органом в этой системе являются встречно−включённые тахогенераторы BR1 и BR2. Напряжение тахогенератора BR1 пропорционально скорости движения ножей, а BR2 − скорости валков последней клети стана. Разность этих напряжений через усилитель У и систему управления СУ регулирует скорость вращения ножей. Необходимое соотношение скоростей двигателей Mk и Mн устанавливается при помощи потенциометра R. Такое сочетание регулирования пространственного положения ножей для отрезания первого мерного конца с последующим разрезанием полосы на мерные длины по тахометрической схеме.

Принцип работы тахометрической схемы

ножниц второго типа закон изменения скорости ножниц обеспечивается системой ЭП, которая изменяет скорость вращения ножниц по заданной программе в период между резами. Изменение скорости ножей по такому закону за время между резами потребовало создание летучих ножниц с минимальным моментом инерции. Такие летучие ножницы имеют 2 канала регулирования: канал грубого регулирования, когда измерение скорости заготовки производится тахогенератором клети, а измерение скорости ножниц − тахогенератором ножниц; канал тонкого регулирования, в котором изменение скорости заготовки измеряется тахогенератором следящих роликов, а изменение скорости ножниц − тахогенератором ножниц. Оба канала регулирования работают одновременно, обычно канал грубого регулирования стремится обеспечить скорость ножей выше скорости, определяющей точную длину реза, а канал тонкого регулирования имеет нелинейный элемент, обеспечивающий начало действия канала тонкого регулирования при достижении ножницами требуемой скорости для разрезания полосы.

В данной схеме скорость ножей синхронизирована со скоростью заготовки только в момент реза. После расхождения ножей двигатель переходит на меньшую скорость. Система управления таких ножниц может быть построена также в функции пути, проходимого заготовкой.

Теоретические кривые скорости ножниц в функции времени
для двух длин разрезаемого металла

сортовых станов для отрезания первого конца раската перед подачей его в клеть. Цикл работы таких ножниц заключается в форсированном пуске летучих ножниц перед моментом реза, обеспечении в момент реза скорости ножей, равной скорости заготовки, разрезании заготовок, форсированном торможении привода и остановке ножей в исходном положении с заданной точностью. Привод таких ножниц должен обеспечивать:
1) разгон и торможение ножей до рабочих скоростей при заданных углах поворота ножей во время реза;
2) фиксация с большой точностью исходного положения ножей;
3) иметь запас кинетической энергии, достаточной для разрезания максимальных сечений при максимальной рабочей скорости.
Работа двигателя летучих ножниц, работающих в режиме пуска по сравнению с работой двигателя ножниц с непрерывным вращением ножей происходит в более тяжёлых условиях. Расчёт мощности электродвигателя ножниц носит поверочный характер, то есть сначала выбирается двигатель, а затем он проверяется на обеспечение необходимых пусковых режимов. Ускорение двигателя летучих ножниц достигает 1500…1700 об/мин/с. Работа инерционных вращающихся масс при работе летучих ножниц равна сумме работ: резания, отрыва отрезанного куска и работы, затрачиваемой на ускорение этого куска.

Требования к электроприводу летучих ножниц и расчёт мощности привода

Ускорение

α

3600

ϑН

м/с

Пуск

Рабочая скорость

Ползучая скорость

Замедление

Исходное положение

Замедление

Ускорение

Реверс

Ускорение

α

3600

ϑН

м/с

Пуск

Рабочая скорость

Ползучая скорость

Замедление

Исходное положение

Цикл работы ножниц

резания:

F − площадь разрезаемого металла;
h0 − толщина разрезаемого металла;
a − удельная работа резания (смотри ножницы с параллельным резом).

Работа отрыва отрезаемого куска от полосы:

b − ширина отрезаемой полосы;
hотр − толщина разрезаемого металла в момент его отрыва
(смотри ножницы с параллельным резом);
σв − предел прочности при данной температуре и скорости деформации;
V − скорость движения полосы в момент резания;
tрез − время резания. Оно определяется перемещение ножей h0−hотр
и скоростью этого перемещения.

Работа, затрачиваемая на ускорение отрезаемого куска при отрыве:

m − масса отрезаемого куска;
Vл − скорость отрезаемого куска, равная скорости ножей в момент резания;
Vп − скорость полосы.

Таким образом:

Эту работу должен восполнить ЭП до следующего реза. Зная величину А и время цикла, можно рассчитать мощность двигателя (смотри ножницы с параллельным резом).

постоянное натяжение того материала, который транспортируется. Регулировка натяжения используется в механизмах, транспортирующих полосный материал с помощью натяжных барабанов (роликов) и имеют постоянный радиус натяжения, а также в намоточно-размоточных механизмах (моталках) с переменным радиусом рулона. Регулировка натяжения необходима для обеспечения необходимого качества и толщины материала (металл, полиамидная лента и т.д.), качества сматывания рулона, снижения числа обрыва полосы.
СУЭП механизмов, для которых требуется регулировка натяжения, обычно имеют два режима работы:
1) режим регулирования скорости двигателя для заправки полосы, транспортировке ее без натяжения (вспомогательный режим)
2) режим регулирования натяжения, который должен обеспечить точное поддержание натяжения 3...10% (в некоторых случаях - до 1%) при диапазоне регулировки натяжения 1:10 и больше (основной режим).
Принципиально системы регулирования натяжения могут выполняться как с непосредственным измерением натяжения, так и с измерением и регулировкой косвенных параметров.
Система регулирования натяжения с непосредственным измерением натяжения не получили широкого распространения из-за трудности создания надежных и точных датчиков натяжения. Поэтому в большинстве случаев используется косвенные параметры, а сигнал измерителя натяжения, если таковой имеется, используется для коррекции системы.
В качестве ЭП упомянутых механизмов используется, обычно, ЭП постоянного тока. Уравнение якорной цепи дпт в установившемся режиме (электромагнитные переходные процессы закончились) выглядит так

(1)

UaIa − мощность, получаемая двигателем из сети,
Pем=EдвIa – электромагнитная мощность,
ΔPa=I2aRa – потери мощности в обмотках якоря двигателя,
Eдв=СеФωдв − ЭДС двигателя.

Из (1) получаем уравнение для электромагнитной мощности

(2)

потери в стали, механические и дополнительные потери.
Мощность на валу двигателя определяется через параметры линейного движения барабана намоточно-размоточного механизма.

Схема намоточно-размоточного механизма

(3)

Т – линейное усилие в барабане;
νn – линейная скорость прокатки;
η− КПД двигателя.

Условием качественной прокатки является постоянство натяжения в межклетьевом промежутке и на концах прокатываемого материала.

Для того, чтобы линейное усилие натяжения T равнялось заданному, должно выполняться условие равенства линейных скоростей прокатки νn и рулона νр. Угловая скорость двигателя при этом равна

iр − передаточное число редуктора;
Rр − радиус рулона.

(4)

Из формулы (4) видно, что при заданном значении νр диапазон регулирования скорости двигателя равен диапазону изменения радиуса рулона.
С учетом формул (1) ... (4) и пренебрегая постоянными потерями в двигателе можно получить

(5)

косвенного управления ЭП намоточно-размоточных и натяжных механизмов:
- натяжные механизмы (Rр=const) − Ф=const, Ia=const;
- моталки (Rр=var) Pв=const;
- моталки (Rр=var) Ф=const, Ia/Rр=const;
- моталки (Rр=var) Ia=const, Ф/Rр=const.

Принципы регулирования натяжения

Системы регулирования натяжения по законам Ф=const, Ia=const при Rр=const называются системами регулирования натяжения и скорости.
Регулирование натяжения при Rр=var обеспечивается системами регулирования мощности. Для регулировки натяжения в таких системах по формуле (3) необходим датчик мощности на валу двигателя. Но, как видно из формулы (2), прямым образом можно выделить только электромагнитную мощность путем измерения напряжения и тока якоря двигателя. При этом КПД с изменением тока якоря тоже меняется. Таким образом, для точного поддержания натяжения следует измерять мощность на валу двигателя Pв, что является достаточно сложным процессом. Поэтому способ прямого измерения мощности теперь не используется.
Системы регулирования по закону Ф=const, Ia/Rр=const, или Ia=const, Ф/Rр=const, называются системами однозонного регулирования натяжения.
Если изменение угловой скорости двигателя намоточно-размоточного механизма от максимальной до номинальной выполняется по закону Ia=const, Ф/Rр=const, а ниже номинальной – по закону Ф=const, Ia/Rр=const, то системы регулирования натяжения, обеспечивающих указанные законы, называются системами двухзонного регулирования натяжения, или комбинированными.

схему получаем со следующих уравнений

(7)

(6)

(8)

(9)

(10)

fT − нелинейная функция от разницы скоростей νр-νn,
Mc − статический полезный момент на валу двигателя,
Мс,доп − дополнительный статический момент,
J′Σ − неизменный суммарный момент инерции системы ЭП, приведенный к валу двигателя,
CМ − конструктивный коэффициент двигателя.

Структурная схема объекта регулирования натяжения

линейной, а формула (6) соответствует закону Гука.
Для компенсации зависимости приведенного к валу двигателя суммарного момента инерции JΣ от радиуса рулона Rр, потерь в системе регулирования, момента деформации изгиба полосы при намотке в структурной схеме добавляется дополнительный момент двигателя Mдоп. Для определения составляющей Mдоп рассмотрим моменты на валу двигателя намоточно-размоточного механизма.

Моменты на валу электропривода натяжных механизмов

Моменты на валу двигателя намоточно-размоточного механизма. Суммарный момент на валу двигателя моталки в динамике имеет отдельные составляющие

(11)

Mc=T·Rp − статический полезный момент на валу двигателя,
Mпот − момент на преодоление потерь в системе регулирования,
Мдеф − момент деформации изгиба полосы при намотке,
Мдин − динамический момент, обусловленный разгоном и торможением моталки,
Ме – динамическая составляющая момента двигателя, которая компенсирует ошибку по скорости, вызванную влиянием ЭДС двигателя.

Таким образом, дополнительный статический момент Мс,доп определяется как

(12)

Рассмотрим составляющие момента двигателя отдельно.
Динамический момент с учетом формулы (4) определяется как

, где

динамического момента Мдин1 определяется производной линейной скорости рулона, а составляющая Мдин2 связана с изменением радиуса рулона Rp. Если толщина наматываемой полосы мала, то радиус рулона изменяется медленно и скорость изменения радиуса рулона dRp/dt также мала. Тогда составляющей Мдин2 можно пренебречь.
Изменение радиуса рулона приводит к изменению момента инерции системы «намоточно-размоточный механизм – электропривод» JΣ. Момент инерции этой системы имеет постоянную составляющую и составляющую, связанную с зависимостью приведенного к валу двигателя суммарного момента инерции JΣ от радиуса рулона Rp

(14)

J′Σ – неизменный суммарный момент инерции вращающихся частей электропривода;

− составляющая приведенного к валу двигателя суммарного момента инерции, которая связана с изменением радиуса рулона Rp,

− масса материала в рулоне,

B − ширина полосы,
γ − удельный вес материала.

Существует определенная связь между радиусом рулона Rp и линейной скоростью рулона νр через текущий объем рулона Qpт. Текущее значение объема определяется через параметры рулона – ширину полосы B, толщину полосы h и ее текущую длину lт.
Текущее значение длины lт есть интегральной характеристикой линейной скорости рулона

массу (см. формулу (14)), имеем

(16)

Сравнивая формулы (15) и (16), можно получить значение радиуса рулона

(17)

Производная от выражения (17) позволяет определить составляющую динамического момента Мдин2

(18)

Таким образом, выражения (14)...(18) позволяют при известных Rp0, h, B, γ и заданном законе изменения скорости во времени рассчитать зависимости изменения радиуса рулона, момента инерции и динамических моментов от времени.

Поэтому

(15)

транспортировка полосового материала обеспечивается с помощью натяжных барабанов (роликов), которые имеют постоянный радиус натяжения Rр=const. Законом управления электроприводом натяжных механизмов является стабилизация потока и тока якоря двигателя: Ф=const, Ia=const. При этом система управления электроприводом натяжных механизмов должна работать в двух режимах:
- режим регулирования скорости;
- режим регулирования натяжения.
В режиме регулирования скорости схема системы управления ЭП натяжных механизмов аналогична двухконтурной схеме с подчиненным регулированием параметров.
В режиме регулирования натяжения следует отличать режимы стабилизации натяжения в режиме двигателя и режиме торможения.
Постоянство потока обеспечивается соответствующей системой стабилизации тока возбуждения двигателя. Поэтому основной задачей регулирования натяжения в ЭП натяжных механизмов является стабилизация тока якоря в переходных и установившихся режимах. При этом полным сигналом задания на ток должен быть сигнал IΣз, который учитывает все составляющие тока, является функцией угловой скорости двигателя, линейной скорости полосы, суммарного момента системы ЭП и т.д. (в соответствии с составляющими момента на валу двигателя, определенном по формуле (11)).
Для обеспечения стабилизации тока якоря в режиме двигателя необходимо, чтобы контур скорости был разомкнут. Поэтому задание IΣз в режиме двигателя является уровнем ограничения регулятора скорости.

Фрагмент системы регулирования скорости и натяжения натяжных механизмов

на скорость на входе регулятора скорости определяется суммой сигналов задания Uωз и Uоб. Составляющая задания на скорость Uωз формируется из нескольких составляющих, которые учитывают некоторые параметры скоростного режима прокатки (скорость прокатки, необходимую силу натяжения, размер петли и др.). Составляющая задания Uоб называется задачей на скорость обгона. Она вводит регулятор скорости в режим насыщения. Эта составляющая необходима для ограничения скорости полосы при условии ее обрыва.

Регулированное ограничение выходного сигнала регулятора скорости

Если в одном из режимов (двигателя или торможения) возникнет обрыв полосы, то двигатель, не имея сопротивления, начнет разгоняться. При этом сигнал обратной связи по скорости uдω увеличивается и выводит регулятор скорости из насыщения. Превышение скорости ограничивается величиной νоб. В сигналах системы управления это ограничение имеет вид

(19)

Если принять, что заданием на скорость будет скорость прокатки νn, а сигналу обратной связи по скорости соответствовать линейная скорость двигателя (Rpωдв)/ip, то получим линейную скорость обгона

(20)

Величина скорости обгона νоб может быть постоянной, или зависеть от скорости прокатки, например νоб =α+β|νn|.
В режиме торможения сигнал суммарного статического тока подается непосредственно на регулятор тока, обеспечивая ограничения регулятора скорости на уровне нуля. В этом режиме натяжной механизм тормозит полосу, обеспечивая необходимое натяжение.

механизмов с переменным радиусом рулона (Rр=var) и ЭП малой мощности. Законом управления для такой системы ЭП является стабилизация потока двигателя (Ф=const) и соотношение тока якоря к радиусу рулона Ia/Rр=const.
Постоянство потока обеспечивается соответствующей системой стабилизации тока возбуждения двигателя. При этом, как видно из формулы (5), обеспечение Ia/Rр=const автоматически обеспечивает стабилизацию силы натяжения. ЭДС двигателя при таком способе регулирования будет иметь гиперболическую зависимость от радиуса рулона

(21)

Таким образом, при изменении радиуса рулона с минимального Rp0 до максимального Rpk необходимо одновременное пропорциональное увеличение тока якоря и параболического уменьшения ЭДС двигателя.

Как видно из рис., большую часть времени двигатель работает с повышенным током якоря, что приводит к увеличению потерь в двигателе и его перегреву. Кроме того, при пониженной скорости прокатки необходимо снижение напряжения преобразователя, питающего двигатель, т.е. двигатель полностью по напряжению не используется.

Диаграммы регулирования тока якоря и ЭДС двигателя в зависимости от радиуса рулона

САР ЭП по приведенным условиям строится по принципу регулирования тока якоря. На вход регулятора тока якоря подается сигнал задания на начальное значение ЭДС двигателя, которое, в соответствии с формулой (21), является эквивалентом задачи на линейную скорость прокатки νn при исходном значении радиуса рулона Rp0. На входе регулятора сигнал задания сравнивается с сигналом обратной связи по ЭДС двигателя. Так обеспечивается стабилизация этого параметра.

В массиве графиков большему значению силы натяжения соответствует выше расположенные линии.

С увеличением радиуса рулона Rp возрастает линейная скорость рулона. Так как сила натяжения пропорциональна разности скоростей νр-νn, сила натяжения и статический момент на валу двигателя также увеличивается. При этом угловая скорость двигателя уменьшается, что ведет к снижению его ЭДС. Это приводит к росту разницы между напряжением питания двигателя и его ЭДС и, соответственно, увеличению тока якоря. Поэтому момент двигателя повышается и компенсирует рост статического момента. Так устанавливается соответствие между радиусом рулона и током якоря и обеспечивается постоянство соотношения Ia/Rp.
На регулятор также заводится сигнал, пропорциональный текущему значению тока якоря. Обратная связь по току якоря предназначена для увеличения быстродействия контура тока путем компенсации соответствующей электромагнитной постоянной времени.

переменном потоке используется для намоточно-размоточных механизмов с переменным радиусом рулона (Rр=var) и ЭП средней мощности. Законом управления для такой системы ЭП является стабилизация тока якоря двигателя (Ia=const) и соотношение потока возбуждения к радиусу рулона Ф/Rр=const. Для обеспечения этих условий в системе регулирования ЭП должно быть два контура.

Один контур обеспечивает стабилизацию тока якоря, а другой – соотношение между потоком и радиусом рулона. Как видно из формулы (21), условие Ф/Rр=const выполняется путем стабилизации ЭДС двигателя.
При увеличении радиуса рулона увеличивается момент сопротивления двигателя и, поэтому, уменьшается его угловая скорость. Это приводит к соответствующему уменьшению сигнала обратной связи по ЭДС двигателя на регуляторах Wpe1 и Wpe2. В это время регулятор Wpe1 заведен в насыщение сигналом скорости обгона νоб. Поэтому контур регулирования ЭДС в якорной цепи двигателя разомкнут.

Однозонная система регулирования натяжения при Ia=const, Ф/Rр=const

сигнала задания на линейную скорость прокатки νn и текущего сигнала обратной связи по ЭДС двигателя. Выходной сигнал регулятора Wpe2 является входным для контура регулирования потока. Контур реагирует на увеличение сигнала рассогласования на входе регулятора Wpe2 изменением потока возбуждения двигателя в сторону его повышения. Т.о., снижение угловой скорости двигателя компенсируется повышением его потока возбуждения и ЭДС стабилизируется.
В случае разрыва полосы нагрузка ЭП намоточно-размоточного механизма мгновенно упадет до нагрузки холостого хода. Одновременно, за счет этого возрастают угловая скорость и ЭДС двигателя. Они будут расти до уровня, определенного сигналом скорости обгона νоб. После этого регулятор Wpe1 выйдет из насыщения, контур регулирования ЭДС в якорной цепи замыкается и снижает ток якоря до тока холостого режима. Дальнейший рост угловой скорости (ЭДС) выше заданной заканчивается, и начинается ее уменьшение до заданного уровня скорости прокатки. При этом возникает кратковременный неустойчивый режим, когда одновременно замкнуты оба контура регулирования ЭДС.
САР натяжения должна работать во всех режимах - разгона, торможения и устойчивом, поэтому при ограничении выхода регулятора Wpe1 следует учитывать все составляющие тока двигателя в виде сигнала ограничения IΣз. Кроме того, необходимо помнить, что сигнал ЭДС формируется с помощью сигналов тока и напряжения якоря.
Выбор структуры регуляторов САР и их настройка выполняется по принципу подчиненного управления.

Недостатком САР регулирования натяжения при изменении потока является то, что двигатель все время работает с пониженным током и поэтому не используется полностью по перегрузочной способности (двигатель должен быть большей мощности для обеспечения необходимого тока при пониженном потоке возбуждения).

Диаграммы регулирования потока возбуждения и ЭДС двигателя в зависимости от радиуса рулона

предыдущей схемы регулирования натяжения, когда весь диапазон скорости ЭП обеспечивается за счет снижения потока, двухзонная система регулирования предоставляет возможность регулировки скорости как за счет регулирования потока, так и за счет регулирования тока якоря двигателя.

Первая зона регулирования дает диапазон D1=ωmax/ωн изменения угловой скорости двигателя от максимальной до номинальной. Вторая зона – D2=ωн/ωк изменения угловой скорости двигателя от номинальной до конечной (рулон с максимальным радиусом Rpk).
В первой зоне обеспечивается закон регулирования натяжения Ia=const, Ф/Rр=const. При этом поток регулируется в интервале (0,45…1)Фн. Угловая скорость меняется в гиперболической зависимости от радиуса рулона, а ЭДС двигателя является неизменной.

=const. Поток в этой зоне не меняется, растет линейно ток якоря, а ЭДС и угловая скорость двигателя уменьшаются гиперболически при увеличении радиуса рулона.
Отличием двухзонный системы регулирования натяжения от однозонной по закону регулирования Ia=const, Ф/Rр=const, является то, что вместо внешнего контура регулирования ЭДС двигателя в двухзонный САР используется контур регулирования линейной скорости рулона νp. Это связано с тем, что во второй зоне двухзонный САР натяжения ЭДС меняется, а линейная скорость рулона поддерживается в обеих зонах на заданном уровне.
Условием перехода из одной зоны в другую является достижение угловой скорости двигателя номинального значения ωн.
В первой зоне регулятор линейной скорости рулона Wpν находится в насыщении за счет сигнала обгона νоб. Верхняя граница насыщения определяется величиной сигнала суммарного тока IΣз. Регулятор выйдет из насыщения при обрыве полосы, когда линейная скорость рулона превысит скорость прокатки на заданную νоб величину.

Двохзонная система регулирования натяжения (комбинированная)

При дальнейшем уменьшении угловой скорости двигателя, когда она становится меньше номинальной, САР переходит во вторую зону регулирования. При этом поток достигает своего номинального значения и больше не изменяется.
Далее, с ростом радиуса рулона, увеличение момента сопротивления полосы приводит к уменьшению ЭДС двигателя и, соответственно, к увеличению тока якоря.
Определение структуры регуляторов и расчет их параметров выполняется аналогично однозонной САР.

Диаграммы регулирования натяжения в двухзонной САР