книги из ГПНТБ / Солодухо Я.Ю. Автоматика электроприводов непрерывных станов горячей прокатки

Величина е называется в рассматриваемом случае коэффи­ циентом натяжения.

3 - е “'С 1 (^2вх "-С ^1вых)'

В этом случае предыдущая клеть пропускает в единицу вре­ мени больше металла, чем последующая.

Если сечение полосы мало, то образуется петля. При круп­ ных профилях для образования петли необходимо, чтобы коэф­ фициент е был значительно меньше 1. Если видимой петли нет и металл испытывает сжатие, то коэффициент е называется коэф­

миналось, не может происходить длительно. Рассмотрим приме­ няемые виды прокатки.

3. Прокатка с образованием петли

Размеры петли не должны превосходить определенных зна­ чений. Желательно, чтобы при изменении условий тгрокатки (температуры, обжатия, трения и т. д.) не происходило чрезмер­ ного роста или уменьшения петли.

Это можно обеспечить либо ручным управлением, либо с по­ мощью датчиков петли, воздействующих на скорость двигателей. Длина петли ДI, образованная за время прокатки полосы, опре­

При высоких скоростях прокатки оператор «е успевает вы­ бирать быстро нарастающую петлю. Прокатка с петлей при ско­ рости прокатки свыше 15—20 м/сек неосуществима без автома­ тического петлерегулирования. Чем длинней полоса и чем выше скорость прокатки, тем меньше допускается рассогласование скоростей клетей. В связи с этим наиболее высокие требования предъявляют к электрическим приводам чистовых клетей про­ волочных и мелкосортных станов, на которых длина полосы до­

тать, что для подобных станов скорость должна поддерживаться с точностью 0,1—0,2% при изменении нагрузки от холостого хода до номинальной.

Поддержание постоянства секундных объемов металла важно не только в установившемся режиме — при длительной прокат­ ке, но и в переходном режиме в момент входа полосы в валки. Этот вопрос будет подробнее рассмотрен в главе И.

4. Прокатка с натяжением

Будем исходить из того, что поперечное сечение полосы между смежными клетями постоянно по длине. Это означает, что форма и поперечное сечение полосы изменяются только в очагах деформации, т. е. в валках предыдущей и последующей клетей.

Пусть непрерывный стан состоит из п клетей. Увеличим ско­ рость последней я-й клети. Это приведет к росту натяжения в полосе между последней я-й и предпоследней (я — 1) клетями, а также к возрастанию скорости движения полосы на участке между клетями ( п — 1) и я.

Возрастание натяжения вызывает увеличение опережения в клети ( я— 1), а также уменьшение давления металла на валки той же клети ( я— 1) [3]. Упругая деформация валков, станины, нажимных винтов уменьшается, вследствие чего увеличивается обжатие полосы в клети (я — 1), т. е. уменьшается толщина на выходе. Уменьшается также ширина полосы, что связано с умень­ шением свободного уширения при возрастании натяжения. Кроме того, происходит увеличение скорости двигателя клети ( я — 1), вызываемое уменьшением давления металла на валки, и, следо­ вательно, уменьшением момента нагрузки па валу двигателя.

Производительность рассматриваемой ( я— 1) клети, иначе говоря, секундный объем металла Fu теоретически может либо увеличиться, либо остаться без изменения, либо уменьшиться. Все зависит от соотношения между уменьшением площади попе­ речного сечения F и увеличением скорости v.

Мягкие характеристики двигателей приводят к увеличению скорости прокатки при сравнительно мало уменьшающейся пло­ щади поперечного сечения. Последнее объясняется тем,, что при мягких характеристиках двигателей натяжение возрастает в ма­ лой степени. Поэтому желательно применять двигатели с мягки­ ми характеристиками в тех случаях, когда прокатка идет с на­ тяжением и ставится задача получения наименьших отклонений площади поперечного сечения при изменении условий прокатки. Мягкость характеристики двигателя является важным фактором самовыравнивания наряду с опережением металла и упругой де­ формацией клетей.

Прокатка с натяжением

Чрезмерная мягкость характеристики, как будет показано в гл. II, нежелательна в переходных режимах. Должно сущест­ вовать некоторое оптимальное, необходимое и достаточное, зна­ чение наклона механических характеристик двигателей при про­ катке с натяжением.

Для рассмотренного случая натяжение в полосе и скорость зависят от числа работающих клетей и положения полосы в стане. Каждая рабочая клеть влияет на работу всего стана. При входе полосы в каждую последующую клеть стана, настроенного для прокатки с натяжением, происходит увеличение скорости вы­ хода из предыдущих клетей до тех пор, шока не заполнятся все клети, после чего наступит равновесие. Равновесие снова нару­ шается при выходе заднего конца полосы из предыдущих клетей по отношению к рассматриваемой. При этом увеличивается ско­ рость полосы в рассматриваемой клети.

Таким образом, скорость полосы в последней п-й клети ста­ на будет максимальной после выхода ее заднего конца из пред­ последней (п — 1) клети, т. е. при свободной .прокатке.

Натяжение характеризуется коэффициентом натяжения [4, 6]:

где DK— катающий диаметр;

п — скорость вращения валков; р, — коэффициент вытяжки;

i — номер клети.

Обычно коэффициент е выражают в процентах и называют

Свободная прокатка (без натяжения и без петли) практически не может, как уже указывалось ранее, происходить в течение сколько-нибудь длительного времени.

Однако возможна прокатка с чередующимися очень малым на­ тяжением и с очень малой .петлей. Подобным образом происхо­ дит прокатка в чистовых клетях непрерывных мелкосортных станов. При изменении температуры заготовки, величины подка­ та, условий смазки, коэффициента трения и т. д. возникает то на­ тяжение, то петля. Оператор непрерывно следит за тем, чтобы отклонения натяжения или петли находились в допустимых пре­ делах. Такое ручное регулирование является недостаточно совер­ шенном.

Внедрение автоматически действующих регуляторов представ­ ляет собой из-за отсутствия надежных датчиков состояния ме­ талла очень трудную, пока недостаточно решенную задачу.

5.Особенности прокатки на непрерывных станах

За г о т о в о ч н ы е станы,. Заготовки прокатывают с не­ большим натяжением при е=1,01—1,03.

П о л о с о в ы е с т а н ы . Существуют два способа прокатки. При первом создается предварительная петля, которая затем вы­ бирается, и прокатку продолжают с натяжением, о величине ко­ торого судят ,по углу поворота петледержателя [29]. Петледержатель должен быть повернут на определенный угол. Если в про­ цессе прокатки натяжение уменьшится, то петледержатель под­ нимается, если натяжение увеличится — опускается. Такой спо­ соб прокатки можно назвать прокаткой с силовой петлей.

При втором способе прокатки петледержатели используют лишь при перестройке стана на новый профиль. Нормально про­ катка происходит с натяжением без петледержателей, что может привести к значительному увеличению натяжения. При чрезмер­ но большом натяжении ширина и толщина полосы по длине по­ лучаются неравномерными: на концах полоса шире и толще. Поэтому способ, при котором натяжение контролируется, являет­ ся предпочтительным [7].

Для уменьшения разнотолщиниости начинают применять ав­ томатическое управление нажимными механизмами с помощью самонастраивающихся счетно-решающих устройств.

П р о в о л о ч н ы е с т а ны. В черновых клетях прокатка ве­ дется с натяжением и практически не отличается от прокатки в заготовочных станах. Для получения проволоки высокого каче­ ства по всей длине прокатка в чистовых клетях должна происхо­ дить с петлей. С этой целью станы снабжают индивидуальными приводами клетей и петлеобразующими устройствами.

В ряде случаев из-за отсутствия таких устройств прокатку в чистовых клетях ведут с натяжением, что приводит к утолще­ нию профиля на концах. На современных высокоскоростных ста­ нах получают бунты большого веса, поэтому немерные утолщен­ ные концы малы по сравнению с общей длиной проволоки в бун­ те. В связи с этим некоторые заводы считают оправданным при­ менение более компактного группового привода и ведение про­

что растяжение при прокатке труб крайне нежелательно. Недостаток прокатки с натяжением заключается в появлении

продольной разностекности по длине трубы. На концах трубы, не испытывающих натяжения, стенка получается толще, чем в средней части. Для того чтобы продольная разностенность трубы не превышала допускаемой величины, приходится концы трубы отрезать. Поэтому прокатка с натяжением может быть экономич­ ной только в том случае, если величина отрезаемых концов, не­

велика. Для этого на современных станах стремятся уменьшать расстояние между клетями и увеличивать длину труб.

Вместе с тем прокатка труб с натяжением имеет и преиму­ щества перед прокаткой без натяжения, а именно:

1)при прокатке с натяжением можно получить тонкостен­ ные трубы, что значительно облегчает последующее холодное во­ лочение;

2)изменением натяжения можно регулировать толщину сте­ нок трубы. Это позволяет из одной и той же заготовки получать на одинаковых валках трубы с различной толщиной стенок, что имеет важное значение;

3)уменьшается поперечная разностенность трубы по сечению. На редукционных станах современного типа трубы прокаты­

вают с натяжением при е= 1,06—1,08 [6].

На редукционных станах старого типа (с большими расстоя­ ниями между клетями), предназначенных для прокатки корот­ ких труб, отрезать концы неэкономично. В этом случае раньше проводилось редуцирование при е= 1,005 [6]. В настоящее время и на таких станах рекомендуют вести прокатку с натяжением при е, равном около 1,04, с последующим разрезанием трубы на не­ сколько (обычно 4) отрезков с различной толщиной стенок [24].

Для привода клетей редукционных и калибровочных трубных станов применяли специальные двигатели с малым статическим падением скорости [27], что было связано с требованиями техноло­ гов о нежелательности растяжения труб.

Интересные экспериментальные исследования на трубных ста­ нах провел инж. А. Я. Тун. Для того чтобы установить возмож­ ное влияние на качество труб значительной посадки скорости, на одной из клетей калибровочного стана была повышена скорость холостого хода. Статическое падение скорости увеличилось до 7,4% вместо обычных 2—3%. При проверке труб дефектов из-за повышения скорости холостого хода на клети не выявлено.

В связи с применением в настоящее время прокатки с натя­ жением стремление к уменьшению статического падения скорости может стать неоправданным. Наклон механической характери­ стики около 5% является, вероятно, вполне приемлемым.

Однако при прокатке труб с натяжением, когда оно исполь­ зуется для изменения толщины стенок труб, следует применять двигатели с жесткими характеристиками.

На подобном стане, пущенном в США после 1952 г., установ­ лены сложные регуляторы напряжения и скорости (включающие электронные и электромашинные усилители),, поддерживающие скорость с высокой точностью [42].

С о р т о в ы е с т а н ы . В черновых клетях прокатку ведут с небольшим натяжением. В чистовых клетях при простых и легких профилях допускают образование петли. Такие станы должны

Для обеспечения качественной прокатки на непрерывных ста­ нах сложных фасонных профилей необходимо решить две проб­ лемы:

а) разработать и внедрить надежные петлеобразующие уст­ ройства для прокатки профилей, для которых допускается обра­ зование петли при спокойном ее состоянии;

б) исследовать значения напряжений, при которых не иска­ жается профиль изделий, если не допускается образование пет­ ли; разработать устройства для непрерывного контроля натяже­ ния в движущемся горячем прокате (желательно с автоматиче­ ским воздействием на скорость прокатных двигателей).

6. Групповой и индивидуальный привод клетей

Групповой привод был сравнительно широко распространен в 30-х годах. Это объясняется главным образом меньшей стои­ мостью этих приводов по сравнению с индивидуальными. При групповом приводе прокатка возможна только с натяжением или

сподпором. Прокатка с петлей неосуществима.

Внастоящее время групповой привод все более вытесняется индивидуальным. Вначале был введен индивидуальный привод

на чистовых клетях. У новых непрерывных станов в большинстве случаев предусматривают индивидуальный привод даже черно­ вых групп. Это объясняется следующими недостатками группо­ вого привода:

1)трудностью калибровки валков и настройки стана [23];

2)необходимостью строгого подбора диаметров валков, что увеличивает парк валков;

3)ограничением сортамента; так как скорости клетей жест­ ко связаны, можно менять лишь число пропусков (т. е. коли­ чество работающих клетей);

4)невозможностью прокатки с образованием петли. Несмотря на указанные недостатки, для современных высоко­

скоростных проволочных станов все же применяют групповой привод. Это объясняется сравнительно узким сортаментом про­ волочных станов и тем, что при групповом приводе и общей мно­ гониточной чистовой линии стан получается компактным и де­ шевым.

ГЛАВА II

УДАРНОЕ ПРИЛОЖЕНИЕ НАГРУЗКИ

1. Динамическое падение скорости

При входе металла в валки происходит внезапное, или удар­ ное, приложение нагрузки к двигателю. При анализе этого явле­ ния обычно принимают, что нагрузка возрастает мгновенно (в. действительности приложение нагрузки происходит в течение' некоторого времени).

Рассмотрим явления, сопровождающие ударное приложение нагрузки к валу двигателя постоянного тока, питаемого от сети. Предположим, что в момент t0 внезапно приложена нагрузка Миагр (рис;. П-1). Вследствие этого снижается скорость двига-' теля, что приводит к уменьшению его э. д. с.

Индуктивность цепи якоря замедляет нарастание тока. По-' этому при уменьшении скорости на величину статического паде-, ния скорости Дпс в момент времени крутящий момент и ток дви­

гателя еще не достигают статических величин УИС и / с, недоста-, ток момента восполняется энергией, накопленной во вращаю­ щихся маховых массах, и скорость двигателя продолжает умень­ шаться.

Крутящий момент и ток достигают статического значения в момент времени t2. Равновесие, однако, в этот момент не насту-: пает, так как скорость двигателя падает ниже пс. Момент и ток продолжают возрастать, что вызывает увеличение скорости двигателя. В момент времени t3 скорость достигает значения п , но

так как крутящий момент и ток двигателя превышают Мс и / с, то скорость двигателя продолжает увеличиваться. В момент вре­ мени 14 крутящий момент и ток двигателя уменьшаются до зна­

чений Мс и / с, и нарастание скорости прекращается. Вслед за этим скорость начинает падать. После нескольких колебат:г процесс заканчивается.

Падение скорости Дпд в момент времени t2 называется динимическим, или ударным, падением скорости.

Явление динамического падения скорости имеет особое з^ г, чение для непрерывных станов в связи с необходимостью пол.--

скорость валков клети 2 больше скорости заготовки и возникает растяжение. Это импульсное растяжение имеет значение при прокатке с натяжением, о чем будет сказано далее. На участке t)t2 создается сжатие. При прокатке полос и профилей малого се­ чения сжатие приводит к образованию петли. Длина петли опре­ деляется площадью, ограниченной переходной и установившей­ ся кривыми скорости. При апериодическом процессе (рис. П-3,а)

Если время восстановления скорости мало, то при заданной длине петли можно допускать сравнительно большое динамиче­ ское падение скорости и наоборот.

Рассмотрим конкретные виды прокатки.

П р о к а т к а с о б р а з о в а н и е м петли. В этом случае, как было установлено в гл. I, для современных станов желатель­ на очень высокая точность поддержания скорости. При высокой точности поддержания скорости ее динамическое падение всегда будет превосходить статическое.