СПОСОБ УРАВНОВЕШИВАНИЯ ВРАЩАЮЩЕГО МОМЕНТА В КРИВОШИПНО-ШАТУННОМ ПРИВОДЕ ПИЛИГРИМОВОГО СТАНА ХОЛОДНОЙ ПРОКАТКИ Российский патент 1996 года по МПК B21B21/00 B21B35/06 

Изобретение относится к способу уравновешивания вращающего момента в приводе прокатной клети, линейно возвратно-поступательно перемещаемой посредством кривошипно-шатунного механизма пилигримового прокатного стана, в частности стана для холодной пилигримовой прокатки.

Колебательное перемещение прокатной клети пилигримового прокатного стана имеет своим следствием то, что кинетическая энергия сильно варьируется в ходе процесса. Без контрмер кривошипно-ша- тунный механизм стремился бы два раза за период обогнать двигатель, т.е. привести его в генераторный режим. Получающаяся из-за этого периодическая смена режима двигатель-генератор усиливает износ двигателя и, кроме того, повышает потребление энергии прокатным станом. Энергия, которую двигатель отбирает у кривошипно-шатунного механизма во время генераторного режима, должна быть снова подведена кривошипно-шатунному механизму во время последующего двигательного режима.

Однако, так как электрическая энергия, генерированная в генераторном режиме, не может быть использована в двигательном режиме, эта энергетическая составляющая имеет для пользователя прокатным станом характер кажущейся мощности, которая напрасно повышает эксплуатационные затраты.

Чтобы избежать периодической смены режима генератор-двигатель, оказались пригодными в принципе две различные конструкции. Известна идея дополнить кривошипно-шатунный механизм, создающий перемещение прокатной клети, подобным кривошипно-шатунным механизмом, который эксплуатируется со смещением на 90^о. Таким образом, между двумя кривошипно-шатунными механизмами может происходить постоянный обмен кинетической энергией.

Хотя этот способ дает преимущество, заключающееся в том, что частота вращения кривошипа и момент кривошипа, таким образом также частота вращения двигателя и момент двигателя являются почти постоянными за цикл перемещения, он имеет и недостаток, заключающийся в том, что конструктивные затраты являются слишком высокими. Это относится также и к занимаемому пространству, потому что в общем требуются глубокие фундаменты. Наконец, генерируются только тяжело уравновешиваемые силы инерции высокого порядка.

Другой путь решения этой проблемы состоит в уравновешивании вращающего момента путем промежуточного включения неравномерно передающих передач. Если кривошипно-шатунный механизм, который перемещает прокатную клеть, ускоряют до определенной частоты вращения, а затем отключают его от привода, частота вращения кривошипного вала будет периодически изменяться. В случае отсутствия трения это будет действительно в течение промежутков времени любой продолжительности. Если теперь между приводом и кривошипным валом разместить неравномерно передающую передачу, которая при постоянной частоте вращения на приводной стороне имеет точно такую же характеристику частоты вращения, которую имел бы кривошипно-шатунный механизм в неприводимом состоянии, то кривошипно-шатунный механизм может также приводиться в действие с постоянной частотой вращения двигателя и с постоянным моментом двигателя. Промежуточная передача должна преобразовывать постоянную частоту вращения в переменную частоту вращения, которая соответствует свободной характеристике частоты вращения кривошипно-шатунного механизма. Так как колебания частоты вращения кривошипно-шатунного механизма зависят от соответствующей частоты вращения, промежуточная передача должна быть переменной в своей передаточной характеристике.

Промежуточная передача, которая фактически используется для уравновешивания, является карданным шарниром, который может приводиться в соответствие колебаниям частоты вращения путем изменения угла изгиба в шарнире [1]
Этот способ также имеет недостаток, заключающийся в том, что требуются большие конструктивные затраты, чтобы сделать возможной установку уравновешивания вращающего момента на определенную частоту вращения. При переходе на другую рабочую частоту вращения двигатель снова переходит в генераторный режим, если уравновешивание вращающего момента автоматически не приводится в соответствие.

Наиболее близким по существенным признакам из числа известных к заявленному является способ уравновешивания вращающего момента в кривошипно-шатунном приводе пилигримового стана холодной прокатки, содержащий использование быстродействующего вычислителя для определения момента инерции противовеса, создающего на приводном валу кривошипа уравновешивающий момент, учитывающий частоту вращения кривошипа и противовеса и обеспечивающий противофазность [2]
Известный способ не позволяет избежать вращающие моменты, действующие на двигатель в направлении его вращения.

Цель изобретения состоит в создании уравновешивания вращающего момента, которое позволяет надежно и с малыми конструктивными затратами избежать генераторного режима двигателя приводного устройства.

Для решения задачи согласно изобретению предлагается, чтобы приводному двигателю в качестве заданной характеристики вращающегося момента задавалась частота вращения кривошипно-шатунного механизма, аналитически определенная из кинематических размеров перемещаемых масс, а также внешних нагрузок.

Другие варианты осуществления изобретения описаны в зависимых пунктах формулы изобретения.

Согласно изобретению обнаружено, что оптимальное уравновешивание вращающего момента может быть осуществлено, если заданная частота вращения двигателя не меньше, чем мгновенная действительная частота вращения. Генераторный режим надежно предотвращается, если заданная частота вращения приводного двигателя всегда соответствует частоте вращения, на которую он как раз был ускорен или замедлен посредством нагрузки. Для того, чтобы это обеспечить, необходимо знать саморегулирующуюся характеристику вращающего момента. Она может быть точно предварительно вычислена, если известны кинематические размеры, перемещаемые массы и внешние нагрузки. Рассчитанная характеристика вращающего момента, которую имел бы кривошипно-шатунный механизм, работающий без трения и приводимый в действие с постоянным вращающим моментом, задается приводному двигателю в качестве заданной характеристики вращающего момента.

Изобретение обеспечивает то, что моменты ускорения или замедления более не должны создаваться двигателем. В стационарном режиме двигатель работает только против потерь на трение и внешних нагрузок. При отсутствующей внешней нагрузке в таком случае двигатель работает только против почти постоянных потерь на трение, в таком случае момент двигателя является приблизительно постоянным.

Предложенная система работает с быстродействующим вычислителем, который в зависимости от соответствующего положения кривошипа предварительно вычисляет частоту вращения кривошипа и сообщает ее приводной системе. Подобные системы, которые удовлетворяют требуемой скорости и точности регулирования, являются уровнем техники.

Чтобы быть в состоянии вычислять частоту вращения, в вычислителе запомнены в качестве функции угла Φ кривошипа:
а) уменьшенный момент инерции масс I_red кривошипно-шатунного механизма,
б) потенциальная энергия Е_роt кривошипно-шатунного механизма,
с) нагрузка, пересчитанная на уменьшенный вращающий момент М_L на кривошипе.

Исходя из угловой скорости ω_o кривошипа в положении Φ_o кривошипа для остальных углов Φ кривошипа угловые скорости кривошипа определяются с помощью следующей формулы:
ω(Φ)
Избыток работы получается равным
ΔW(Φ) [M_Mot,red= M_LdΦ Причем принятый постоянным уменьшенный вращающий момент
M_Mot,red= M_LdΦ во время одного периода подводит механической системе кривошипно-шатунного механизма столько энергии, сколько у нее отбирается остальными внешними нагрузками.

Этот уменьшенный момент двигателя является лишь вычислительной величиной, его нельзя смешивать с действительным моментом двигателя. Действительный момент двигателя отличается от уменьшенного момента двигателя по меньшей мере на долю, необходимую для преодоления потерь на трение.

Начальное значение ω_o, на знании которого основывается предварительный расчет характеристики ω ( Φ) угловой скорости, должен быть определен итеративно. Для этого ω_o изменяется до тех пор, пока условие
не будет достаточно точно выполняться с π в качестве заданного среднего значения частоты вращения.

Использование: для уравновешивания вращающего момента в приводе прокатной клети, литейно возвратно-поступательно перемещаемой посредством кривошипно-шатунного механизма стана для холодной пилигримовой прокатки. Чтобы создать уравновешивание вращающего момента, которое надежно и с малыми конструктивными затратами предотвращает генераторный режим двигателя, двигателю в качестве заданной характеристики частоты вращения задают характеристику частоты вращения кривошипно-шатунного механизма, аналитически определенную из кинематических размеров перемещаемых масс, а также внешних нагрузок. 2 з. п. ф-лы.

1. СПОСОБ УРАВНОВЕШИВАНИЯ ВРАЩАЮЩЕГО МОМЕНТА В КРИВОШИПНО-ШАТУННОМ ПРИВОДЕ ПИЛИГРИМОВОГО СТАНА ХОЛОДНОЙ ПРОКАТКИ, содержащий использование быстродействующего вычислителя для определения момента инерции противовеса, создающего на приводном валу кривошипа уравновешивающий момент, учитывающий частоту вращения кривошипа и противовеса и обеспечивающий противофазность, отличающийся тем, что исходную частоту вращения приводного вала электродвигателя устанавливают равной частоте вращения кривошипа, определенной с учетом кинематических размеров перемещаемых масс и внешних нагрузок. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что для расчета значений частоты вращения в быстродействующем вычислителе запоминают уменьшенный момент инерции масс кривошипно-шатунного механизма, его потенциальную энергию и нагрузку, пересчитанную на уменьшенный вращающий момент на кривошипе как функцию его угла, и, исходя из угловой скорости кривошипа в определенном его положении, рассчитывают угловые скорости для остальных углов кривошипа, а по результату расчета устанавливают частоту вращения приводного вала электродвигателя. 3. Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что начальное значение угловой скорости кривошипа в исходном положении угла кривошипа определяют итеративно.