Способ уменьшения ударов в кинематической линии клети прокатного стана и устройство для его осуществления Советский патент 1993 года по МПК B21B37/00 

Изобретение относится к металлургии, а именно к автоматизированному управлению электроприводами с упругой механиче- скбй передачей и зазорами в кинематической линии привода, и может быть использовано для автоматического регулирования скорости валков обжимных прокатных станов и в других автоматизированных агрегатах, содержащих измерители крутящего момента в механической передаче электропривода.

Целью изобретения является повышение надежности и снижение динамических нагрузок в кинематической линии путем снижения колебательности электропривода после выброса слитка. Использование изобретения в прокатном производстве позволит повысить производительность прокатных агрегатов за счет интенсификации технологических режимов прокатки металла и сокращения технологических пауз.

На фиг.1 дано устройство для осуществления способа уменьшения ударов в кинематической линии клети прокатного стана.

Оно содержит (см. фиг.1) прокатываемый слиток 1 металла, валки 2, составляющие вместе с валопроводом 3, зазором 4 в сочленениях и якорем электродвигателя 5 кинематическую линию клети прокатного стана; заземленный 6 и изолированный 7 подшипники электродвигателя 5, дифференцирующее звено 8, фильтр 9 низких частот, релейный пороговый элемент 10, управляемый ключ 11, нормально замкнутый контакт 12 датчика буксовок валков, нормально открытый контакт 13 датчика захвата металла валками, блок 14 регуляторов автоматической системы регулирования скорости электродвигателя 5, задатчмк 15 скорости и тиристорный преобразователь 16.

На фиг. 2 показаны диаграммы:

крутящего момента Мв в валопроводе;

производной крутящего момента Мв в валопроводе;

сигнала U на выходе фильтра низких частот;

тока 1Д в якорной цепи электропривода;

скорости электродвигателя мл и валков ofe прокатной клети.

В установившемся режиме прокатки слитка 1 в валках 2 клети зазор 4 в кинематической линии привода замкнут, крутящий момент в валопроводе 3 соответствует моменту прокатки, а упругая деформация скручивания валопровода 3 пропорциональна моменту прокатки. ЭДС подшипниковых то- ков электродвигателя 5 изменяется несуще- стеенно,поэтому сигнал, пропорциональный значению производной крутящего момента в валопроводе, приблизительно равен нулю. Согласно способу сравнивают измеренное значение производной крутящего момента с заданным пороговым значением и, так как производная крутящего момента меньше заданного порогового значения, корректирующее воз- действие на автоматическую систему регулирования скорости не подается, то есть на вход блока регуляторов 14 автоматической системы регулирования скорости электродвигателя 5 подают только сигнал задания скорости с выхода блока 15, и ско- рость электродвигателя 5 стабилизируется относительно заданного значения в соответствии с традиционным принципом регу

лирования по отклонению.

В момент начала выброса слитка 1, когда конец слитка начинает выходить из очага пластической деформации металла валками и момент прокатки начинает уменьшаться, в связи с изменением крутящего момента в упругом валопроводе 3, изменяются и магнитоупругие свойства участка вала электродвигателя 5 между заземленным и изолированным подшипниками 6 и 7, в результате чего происходитизменение ЭДС подшипниковых токов электродвигателя 5. При помощи дифференцирующего звена 8 выделяют первую производную крутящего момента в валопроводе 3, а при помощи фильтра 9 низких частот задерживают нара- стание сигнала производной крутящего момента, Когда же значение сигнала производной крутящего момента на выходе фильтра 9 увеличивается до установленного порогового значения и с момента начала выброса слитка истекает заданный интервал времени - г, скорость электродвигателя 5 начинают уменьшать пропорционально производной крутящего момента в валопро- аоде 3, при помощи сигнала производной крутящего момента, который подают на вход блока регуляторов 14 автоматической системы регулирования скорости электродвигателя 5 через замкнутые, под действием выходного напряжения релейного элемента 10, контакты управляемого ключа 11.

Итак, в течение интервала времени скорость электродвигателя 5 и валков 2 увеличивается, так как момент прокатки в про55 0 .

5

0 5 0 5 0 5

цессе выхода слитка из валков 2 уменьшается, а электромагнитный момент двигателя в начале этого процесса практически не изменяется. В результате под действием избыточного электромагнитного момента скорость двигателя и валков возрастает больше заданного значения и во вращающихся массах кинематической линии привода запасается избыточная кинетическая энергия. В момент времени ti, когда с момента начала выброса слитка проходит отрезок времени -т , и приращения кинетической энергии относительно уровня, соответствующего заданной скорости, становится достаточно для прокатки оставшегося в валках конца слитка, скорость электродвигателя начинают уменьшать.

Одновременно уменьшается и скорость валков под действием убывающего момента прокатки недокатанного конца слитка 1, что приводит к раскручиванию упругого валопровода и уменьшению крутящего момента в нем до момента холостого хода привода. Длительность интервала времени -т и соотношение моментов торможения прокатных валков и электродвигателя в первом при- ближенииопределяются из условия баланса приращения кинетической энергии вращающихся масс электропривода клети относительно заданного значения скорости и потенциальной энергии, необходимой для прокатки конца слитка, находящегося в момент осуществления корректирующего воз: действия в очаге деформации между валками.

Таким образом, торможение электродвигателя осуществляется посредством форсированного уменьшения тока в якорной цепи электродвигателя до нуля, тогда к моменту времени прекращения корректирующего воздействия и выхода слитка из валков скорость валков и двигателя уменьшается до заданного значения. Так формируется неколебательный характер переходного процесса к режиму холостого хода электропривода, устраняется перерегулирование скорости электродвигателя и валков, предотвращается раскрытие зазоров и возникновение ударов в кинематической линии привода валков после выброса слитка, и, следовательно, снижается вероятность возникновения аварийных ситуаций при захвате следующего слитка при двухслитковой прокатке.

Регулирование скорости двигателя до следующего выброса слитка осуществляется в соответствии с традиционным принципом регулирования по отклонению регулируемого параметра, реализуемым автематической системой регулирования скорости электродвигателя 5.

Устройство для осуществления способа уменьшения ударов в кинематической линии клети прокатного стана работает следующим образом. Рассмотрим для примера технологический цикл двухслитковой прокатки обжимной прокатной клети блюминга, то есть наиболее тяжелый режим прокатки по уровню динамических нагрузок на электропривод,

Так в соответствии с технологией прокатки после захвата первого слитка скорость электродвигателя 5 увеличивают до максимального значения, и при прокатке слитка 1 в установившемся режиме электромагнитный момент двигателя 5 и крутящий момент в валопроводе 3 соответствуют моменту прокатки слитка 1 (см. фиг.2) и изменяются незначительно. ЭДС подшипниковых токов электродвигателя 5 в установившемся режиме тоже не изменяется, и на выходе дифференцирующего звена 8 сигнал, пропорциональный производной крутящего момента, незначительно отличается от нуля.

С выхода звена 8 сигнал первой производной крутящего момента поступает на вход фильтра низкой частоты, а с выхода фильтра 9 - на вход релейного порогового элемента 10. Так как в установившемся режиме прокатки амплитудное значение сигнала первой производной близко к нулю, т.е. меньше порога срабатывания элемента 10, то на управляющем входе ключа 11 сигнал равен логическому нулю, и ключ находится в исходном состоянии, и его контакты нормально открыты, а выход-дифференцирующего звена 8 отсоединен от входа автоматической системы регулирования. Таким образом, во время прокатки слитка на вход блока 14 регуляторов системы регулирования подается только сигнал задания скорости с выхода задатчика 15 и автоматическая система регулирования реализует традиционный принцип регулирования скорости двигателя по отклонению.

В момент времени to конец первого слитка начинает выходить из очага деформации металла, образованного валками 2. Момент прокатки слитка 1 начинает уменьшаться, вследствие чего нарушается равновесие моментов в кинематической линии, и скорость электродвигателя и валков начинает увеличиваться сверх заданного значения. в начале этого процесса электромагнитный момент двигателя изменяется незначительно, а момент прокатки уменьшается в соответствии с технологическими параметрами прокатной клети.

В связи с изменением крутящего момента в упругом валопроводе 3 при выбросе слитка возникают изменения магнитоупру- гих свойств участка вала электродвигателя 5 между заземленным и изолированным подшипниками 6 и 7, что влечет за собой изменение ЭДС подшипниковых токов двигателя 5. Изолированный подшипник 7 соединен со входом дифференцирующего

0 звена 8, на выходе которого сигнал пропорционален производной крутящего момента в валопроводе 3.

В начале выброса слитка значение производной крутящего момента резко возра5 стает. Кривая изменения сигнала на выходе звена 8 показана на диаграмме б) фис.2. Фильтр низких частот 9 задерживает изменение этого сигнала в соответствии с постоянной времени фильтра, и на релейном

0 элементе 10 осуществляется сравнение сигнала производной крутящего момента с установленным порогом срабатывания - элемента 10, причем порог срабатывания и постоянная времени фильтра 9 выбираются

5 так, что сигнал на выходе фильтра достигает порога срабатывания релейного элемента через интервал времени т в момент времени tt. На выходе элемента 10 и на управляющем входе ключа 11 появляется сигнал

0 логической единицы, ключ замыкает свои контакты и подсоединяет выход дифференцирующего звена 8 через контакты датчиков захвата 13 и буксовки 12, которые блокируют срабатывание устройства в соответствующих

5 режимах, к второму корректирующему входу блока регуляторов системы регулирования скорости. То есть корректирующий сигнал, пропорциональный производной крутящего момента в валопроводе 3,подается на вход

0 системы регулирования с заданной задержкой времени т относительно момента времени начала выброса слитка из валков 2. Величина корректирующего сигнала пропорциональна производной крутящего мо- 5 мента, что позволяет изменять скорость спада тока электродвигателя и величину задержки г при различных скоростях прокатки слитка.

В течение времени (ti-t0) т скорость

0 двигателя и валков увеличивается, а момент прокатки и величина упругой деформации вала уменьшаются (см. диаграммы а), д) на фиг. 2). В момент времени ti система регулирования начинает отрабатывать коррек5 тирующее воздействие, и ток электродвигателя форсированно уменьшается до нуля, а скорость двигателя начинает уменьшаться. Одновременно уменьшается и скорость валков блюминга под действием

момента сопротивления недокатанной части елитка, что приводит к раскручиванию упругого валопровода и уменьшению крутящего момента в нем до момента холостого хода привода. Таким образом, предотвра- щается раскрытие зазоров и возникновение ударов в кинематической линии электропривода в процессе выброса слитка.

Когда производная крутящего момента уменьшается, а значение сигнала на выходе фильтра 9 достигает порога срабатывания релейного элемента 10, релейный элемент возвращается ё исходное состояние, а ключ 11 размыкает свои контакты и выход дифференцирующего звена 8 отсоединяется от входа блока 14 регуляторов и скорость двигателя до следующего выброса слитка стабилизируется системой регулирования в соответствии с традиционным принципом регулирования по отклонению.

При двухслитковой прокатке после выброса первого слитка в валки сразу задается второй слиток, который следует с минимальным временным интервалом за первым. После осуществления корректирующего воздействия в системе электропривода валков 2 переходный процесс к установившемуся режиму холостого хода заканчивается сразу после выхода слитка из валков, - так зазоры в кинематической линии клети замкнуты, а скорость электродвигателя и валков равна заданному значению. Следовательно, в системе регулирования скорости валков сформирована благоприятная динамическая ситуация для захвата второго слитка. Таким образом уменьшается вероятность возникновения аварийной динамической ситуации при захвате второго слитка, то есть повышается надежность системы регулирования скорости электродвигателя валков блюминга.

Формул а изобретени я

1. Способ уменьшения ударов в кинематической линии клети прокатного стана преимущественно при выбросе металла из валков, включающий измерение крутящего момента в валопроводе и определение скорости его изменения, сравнение скорости изменения крутящего момента в валопроводе с заданным пороговым его значением и

отработку разности сравниваемых значений во время выброса слитка путем уменьшения скорости электродвигателя пропорционально производной крутящего

момента в валопроводе, отличающий- с я тем, что, с целью повышения надежности и снижения динамических нагрузок в кинематической линии путем снижения колебательности электропривода после выброса слитка, скорость электродвигателя снижают с заданным запаздыванием относительно момента времени начала выброса слитка, длительность которого определяют из условия баланса: приращения кинетической энергии вращающихся масс электропривода клети валков относительно уровня, соответствующего заданному значению скорости, и энергии, необходимой для прокатки оставшегося в валках конца заготовки

в момент осуществления корректирующего воздействия.

2. Устройство для уменьшения ударов в кинематической линии клети прокатного стана преимущественно при выбросе металла из валков, содержащее электродвигатель валков, один из подшипников которого изолирован электрически, тиристорный преобразователь, подсоединенный к якорю электродвигателя, вход которого соединен с

выходом блока регуляторов автоматической системы регулирования скорости электродвигателя, первый вход которого соединен с выходом задатчика скорости, а второй кор-. ректирующий вход соединен с последовательно включенными нормально открытым и нормально замкнутым контактами датчика захвата металла валками и датчика буксовки валков соответственно, изолированный же подшипник соединен с дифференцирующим звеном, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности клети, устройство снабжено фильтром низкой частоты, пороговым элементом и ключом, управляющий вход которого подсоединен к

выходу порогового элемента, вход которого подключен к выходу фильтра низкой частоты, который входом соединен с информационным входом ключа и выходом дифференцирующего звена, а выход ключа

соединен с контактом датчика буксовок.

Использование: металлургия, регулирование скорости электропривода валков клетей прокатных станов. Сущность изобретения: автоматическая система регулирования скорости электропривода, измеритель крутящего момента в валопроводе, электродвигатель 5, дифференцирующее звено 8, фильтр 9 низких частот, релейный пороговый элемент 10 и управляемый полупроводниковый ключ 11, задатчик 15 скорости, тиристорный преобразователь 16. 2 с.п, ф-лы, 2 ил.